artificial structures in railway transport / Искусственные сооружения на...

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

ИСКУССТВЕННЫЕ СООРУЖЕНИЯ

НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ

Труды студентов, молодых ученых и преподавателей

Выпуск 2

ТРУДЫ СТУДЕНТОВ, МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ И ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ

1

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

ИНСТИТУТ ПУТИ, СТРОИТЕЛЬСТВА И СООРУЖЕНИЙ

ИСКУССТВЕННЫЕ СООРУЖЕНИЯ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ

ТРАНСПОРТЕ

Труды студентов, молодых ученых и преподавателей

Выпуск 2

Под общей редакцией докт. техн. наук В.И. Кондращенко и канд. филол. наук Т.И. Лаловой

Москва-2010

ИСКУССТВЕННЫЕ СООРУЖЕНИЯ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ

2


3

НАШИ ЮБИЛЯРЫ

ВЫДАЮЩИЙСЯ УЧЁНЫЙ, ПЕДАГОГ, ОРГАНИЗАТОР В ОБЛАСТИ СТРОИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

Гусев Б.В., член-корреспондент РАН, д.т.н., профессор, Добшиц Л.М., д.т.н., профессор

В 2009 году исполняется 100 лет со дня рождения выдающегося учёного в области строительного материаловедения – заслуженного деятеля науки и техники России, доктора технических наук, профессора Александра Ефремовича Шейкина.

А.Е. Шейкин является одним из крупнейших миро-вых учёных, занимавшихся изучением твердения, прочно-сти и деформативности цементных бетонов. Профессор Шейкин А.Е. является основоположником становления науки о цементном бетоне, представляющей собой одно из основных направлений современного материаловеде-ния в области строительства.

А.Е. Шейкин родился в 1909 г. в С.-Петербурге в семье служащего. Ему досталось тяжёлое детство – после смерти отца в 1919 г. он воспитывался в детском доме. Уже тогда с ранних лет проявились его ум и незаурядные способности.

В 1926 г. он с отличием оканчивает школу и начинает работать на фабрике «Красный ткач», где проходит путь от рабочего до руководителя рабочего клуба фабрики. Здесь А.Е. Шейкин организовывает выступления и встречи с тогда ещё малоизвестными, а потом сверхпопулярными артистами – Л.О. Утёсовым, К.И. Шульженко и многими другими. Перед рабочими фабрики с лекциями, рассказами и другой различной информацией выступали также известные учёные, инженеры, экономисты, хозяйственные и партийные руководители. Эти выступления и природная тяга молодого человека к знаниям сыграли свою роль и А.Е. Шейкин решает продолжить учёбу ВУЗе.

В 1930 г. он поступает в Ленинградский химико-технологический институт. Учёба занимает всё время, т.к. А.Е. Шейкин учится сразу на двух факультетах - силикатном и инженерно-экономическом. В 1935 г. он с отличием оканчивает институт по специальностям инженер технолог по силикатным материалам и экономист.

В 30-ые года наша страна представляла собой большую стройку. Начав работать на произ-водстве, молодой инженер на практике встретился с перспективным материалом – цементным бе-тоном. Столкнувшись на практике с этим материалом, А.Е. Шейкин увидел, какие широкие перспек-тивы открываются при его использовании в строительстве, но не менее чётко увидел его недостат-ки. Молодой инженер понял, что в цементном бетоне заключены огромные возможности и решил посвятить свою дальнейшую деятельность изучению этой проблемы. С тех пор вся его жизнь была связана с этим материалом, которому он отдал весь свой талант, душу и знания.

Для успешного преодоления недостатков бетона, повышения его универсальности и широко-го внедрения в практику строительства было необходимо дальнейшее глубокое изучение бетона, его структуры, свойств и умения управлять этими свойствами. Это можно было осуществить путём фундаментальных научных исследований, поэтому в 1936 г. А.Е. Шейкин поступает в аспирантуру ЛИИЖТа на кафедру «Строительные материалы».

Для того чтобы правильно ориентироваться и найти свой путь в Храме Науки нужны знаю-щие, мудрые доброжелательные учителя. Такие учителя были у Александра Ефремовича.

Придя в ЛИИЖТ, он стал учеником и сотрудником члена-корреспондента АН СССР, профессо-ра Н.М. Беляева и профессора В.П. Петрова. Н.М. Беляев был не только выдающимся учёным, зало-жившим основы теоретического и практического изучения бетона, предложившим формулу, описы-вающую основной закон прочности – закон водоцементного отношения. Это был прекрасный педагог и организатор, сумевший собрать вокруг себя талантливых молодых исследователей, которые соста-вили научную школу – «Школу Беляева». Тогда это были молодые учёные, а в дальнейшем – широко известные в нашей стране и за рубежом профессора В.П. Петров, И.П. Александрин, А.В. Саталкин, В.А. Гастев и др. Видное место в ряду этих учёных принадлежит А.Е. Шейкину.


4

Профессор Н.М. Беляев руководил в ЛИИЖТе кафедрой «Сопротивление материалов и строи-тельные материалы» и одноимённой лабораторией. Он считал целесообразным такое сочетание двух дисциплин, т.к., по его мнению, именно знание строения и структуры материалов даёт возможность строить физически обоснованные модели поведения материалов под нагрузкой. Этот подход был заложен основателем и многолетним руководителем этой кафедры и лаборатории профессором Н.А. Белелюбским. Такое понимание взаимосвязи прочности и структуры материалов Н.М. Беляев стре-мился привить и своим ученикам. Аспиранты и ученики Н.М. Беляева совмещали научные исследова-ния с практической работой в лаборатории. Поэтому, поступив в аспирантуру, А.Е. Шейкин одновре-менно работал старшим лаборантом в испытательной лаборатории строительных материалов, где приобрёл необходимый опыт выполнения практических исследований.

Исследуя свойства цементных бетонов, молодой учёный одним из первых в мире занялся изучением и улучшением свойств основного компонента, составляющего этого материала – цемен-та и продукта его гидратации – цементного камня.

Уже первые работы, выполненные им в 1936-1942 гг. [1], положили начало новому направле-нию в изучении свойств бетонов. Молодому исследователю стало ясно, что пути совершенствова-ния качества цементного бетона заключаются в улучшении свойств основного компонента, входя-щего в его состав – вяжущего материала – портландцемента. Для этого необходимо было тщатель-но изучить структуру затвердевшего цементного камня, понять механизм процессов, происходящих при затворении и твердении цементов.

В 1940 г. А.Е. Шейкин успешно защитил кандидатскую диссертацию. Результаты выполнен-ных им исследований были опубликованы в 1940 г. в монографии [1] и явились весомым вкладом в мировую науку о цементе. А.Е. Шейкин первым предложил выделять в цементном камне гелевую составляющую и кристаллический сросток. Он впервые в мире совместно с доцентом Стёпкиным С.А. с помощью рентгеноструктурного анализа доказал, что гидросиликаты кальция, образующиеся в процессе гидратации цемента, имеют кристаллическое строение. Полученные результаты и сде-ланные выводы позволили объяснить многие, не имевшие объяснений до этого процессы, происхо-дящие в бетоне. Стали понятными такие явления, как усадка и ползучесть бетона, причины образо-вания в нём трещин при твердении, влияние термовлажностной обработки на свойства затвердев-шего бетона и многие другие явления, происходящие в этом материале.

Эта работа была настолько актуальной и передовой, что общие положения, выдвинутые в ней, позволяют и в настоящее время, почти 70 лет спустя, находить пути решения целого ряда во-просов. В частности, проектировать составы цементов с заранее заданными свойствами, снижать усадку и ползучесть, повышать трещиностойкость бетона.

Когда началась Великая Отечественная война, А.Е. Шейкин по состоянию здоровья, вслед-ствие травмы, полученной в детстве, не был в действующей армии, а трудился в блокадном Ленин-граде главным инженером механических мастерских по выпуску запасных частей и ремонту дета-лей для военной техники. Работа велась под постоянным обстрелом, подчас круглые сутки люди не выходили из цехов. За эту работу А.Е. Шейкин был награждён медалью «За оборону Ленинграда». Одновременно он продолжал вести большую педагогическую и учебную работу.

В 1942 году А.Е. Шейкин переходит на работу в МИИТ, с которым была связана вся его дальнейшая жизнь. Здесь им самостоятельно и совместно с учениками за более чем 50 лет работы, выполнены многочисленные исследования в области бетонов, представляющие большую научную и практическую ценность.

В 1944 году А.Е. Шейкин защищает докторскую диссертацию на тему «Теория прочности, уп-ругости и пластичности бетона». Эта работа выдвинула 35-летнего исследователя в число ведущих учёных в области цементных бетонов и послужила основой дальнейшего развития теории прочно-сти и деформативности цементных бетонов в трудах других учёных.

Впечатляет широта научных интересов профессора А.Е. Шейкина. Он занимается исследо-ванием основных вопросов цементо- и бетоноведения:

- разработкой теории твердения цементного камня и формирования его структуры в различ-ных условиях твердения;

- развитием основ физической теории прочности и деформативности бетонов; - развитием основ получения безусадочных и расширяющихся цементов; - совершенствованием способов зимнего безобогревного бетонирования; - основами физических теорий морозостойкости, трещиностойкости и других свойств бето-

нов; - рациональным способам подбора состава бетонов и многими другими. Профессора А.Е. Шейкина отличала фундаментальность выполняемых исследований. При-

чём это были не общие теоретические изыскания, а исследования, дававшие направления решения конкретных практических задач, стоящих перед учёными и строителями. Все его работы и исследо-вания имели практическое применение и использование.

Когда перед метростроителями встала задача замены свинцового шнура, использовавшего-ся для гидроизоляции тюбингов обделки тоннелей, на другой, более дешёвый и экологически чис-тый материал, А.Е. Шейкин совместно с Т.Ю. Якуб и другими учёными разработали безусадочный портландцемент [4]. На основе этих исследований были созданы БУС (безусадочные смеси), кото-рыми с тех пор и до настоящего времени производят зачеканку швов между блоками обделки. Ис-пользуя полученные результаты, ученик профессора А.Е. Шейкина – заведующий лабораторией М.З. Каган разработал составы и технологию изготовления тоннельных конструкций из бетонов по-вышенной водонепроницаемости.


5

Ученица профессора А.Е. Шейкина – Л.Ф. Конова (впоследствии к.т.н., доцент) разработала составы и технологию получения белого и цветных цементов. На основе разработок по теории твердения цементного камня и формирования его структуры в различных условиях твердения дру-гая ученица профессора А.Е. Шейкина – Л.В. Алексашкина (впоследствии к.т.н., доцент) разработа-ла технологию термовлажностной обработки бетона, способствующую быстрому набору бетоном прочности.

Профессор А.Е. Шейкин стоял у истоков развития отечественной технологии сборного желе-зобетона. С началом развития в стране производства сборного железобетона и крупнопанельного домостроения остро встал вопрос экономии цемента и рационального проектирования состава бе-тонов. Профессор А.Е. Шейкин ставит перед Госстроем страны вопрос об организации конкурса на лучший способ подбора состава бетона, а затем возглавляет жюри этого всесоюзного конкурса. Результаты конкурса не дали удовлетворительных результатов, в связи с чем, А.Е. Шейкин начина-ет сам работать над этой проблемой, постоянно возвращаясь к ней. В результате совместно с Л.М. Добшицем был разработан способ подбора состава бетона на заданные свойства [7], позволяющий сократить время подбора и экономить до 15% массы цемента.

Когда началось проектирование и строительство в г. Москве уникальной по тем временам Ос-танкинской телебашни, возникло большое количество вопросов, на которые практика строительства ещё не имела ответов. В то время железобетонные сооружения высотой более 500 м в нашей стра-не и в Европе ещё не возводились, и не было известно, как будет вести себя бетон под длительным действием такой большой нагрузки. Под руководством и непосредственном участии профессора А.Е. Шейкина, аспирантом (впоследствии к.т.н., доцентом) В.Д. Парфёновым и инженером В.Л. Николае-вым (впоследствии к.т.н., доцентом) исследованы усадка, ползучесть и трещиностойкость бетонов, и подобраны составы бетонов для Останкинской телебашни в Москве, обеспечивающие её безотказ-ную работу до настоящего времени, уже более 45 лет.

За время работы в МИИТе профессор А.Е. Шейкин создаёт свою научную школу, он ищет и находит талантливых студентов, молодых инженеров и научных работников, привлекает их к науч-но-исследовательской работе. Профессор А.Е. Шейкин пригласил на кафедру «Строительные ма-териалы», которой он руководил, бывшего своего студента – молодого инженера П.С. Костяева и предложил ему заняться актуальным вопросом безобогревного бетонирования в зимних условиях. Под руководством А.Е. Шейкина, П.С. Костяев (впоследствии д.т.н., профессор) активно взялся за решение этой проблемы. Вскоре научный коллектив МИИТа (П.С. Костяев, П.В. Амосов (впоследст-вии к.т.н., доцент), Л.М. Добшиц (впоследствии д.т.н., профессор), Т.А. Петропавловская и др.) ста-новиться ведущим в области зимнего бетонирования. Ими создаются новые противоморозные до-бавки, разрабатываются составы бетонов и технология зимнего бетонирования. Практически все нормативные документы, связанные с зимним бетонированием, выпускаются при непосредствен-ном участии учёных МИИТа. Кроме научных исследований ведётся активное внедрение полученных результатов в практику строительства. Под руководством и при непосредственном участии профес-сора А.Е. Шейкин разрабатываются составы для тоннелей и мостов БАМ. За эту работу коллектив МИИТа был награждён Почётной грамотой ВСНТО. С использованием разработанных составов бетона и технологий бетонирования осуществлено строительство более 1000 искусственных со-оружений при строительстве БАМа, строительство, ремонт и реконструкция более 100 автодорож-ных и более 50 железнодорожных мостов.

В 1950…1960 гг. в нашей стране и во всём мире для изготовления монолитного и сборного бетона и железобетона начинают применяться высокоактивные цементы с большой тонкостью по-мола. Однако вскоре выяснилось, что, позволяя получать высокую прочность, в том числе в ранние сроки, такие цементы, в то же время, вызывали появление микротрещин и снижение в дальнейшем прочности бетона, особенно при его попеременном увлажнении и высушивании. А. Е. Шейкин бе-рётся за решение этой проблемы, привлекая к участию в этой работе к.т.н. В.Л. Николаева, моло-дых инженеров В.Д. Парфёнова (впоследствии к.т.н., доцента), В.М. Шишканова (впоследствии к.т.н., доцента), В.Н. Шведова (впоследствии к.т.н., доцента), А.М. Серова, В.В. Синицина, П.В. Ам-мосова. На основании выполненных теоретических и экспериментальных работ было установлено влияние тонкости помола цемента на величину непроявившейся капиллярной усадки цементов, и её влияние на прочность и трещиностойкость бетонов. Полученные результаты позволили найти пути решения этой проблемы, предложить способ оценки величины непроявившейся капиллярной усадки цементов, повысить трещиностойкость и прочность бетонов.

Решение многих вышеперечисленных проблем цементных бетонов, которыми в 1970…1980 гг. занимался профессор А.Е. Шейкин, привело его к обобщению и созданию теории прочности, упруго-сти, пластичности и трещиностойкости бетонов. Этому способствовали работы, выполненные под его руководством М.И. Бруссером (впоследствии к.т.н., с.н.с.). Проведённые исследования позволили установить влияние структуры и строения порового пространства бетонов на их прочность и долго-вечность, разработать аппаратуру и методику измерения и оценки пористости, показать пути направ-ленного изменения пористости бетонов [6].

В 1980…1990 гг. профессор А.Е. Шейкин начинает заниматься одной из актуальных задач современного материаловедения – увеличением долговечности бетонов, в частности, повышением его морозостойкости. К решению этой проблемы он привлекает к.т.н. Добшица Л.М. (впоследствии д.т.н., профессор), молодых инженеров А.Я. Верникова, Д.М. Прудовского. Под руководством про-фессора А.Е. Шейкина создаётся физическая теория морозостойкости бетонов [7]. На основе этой теории установлены основные факторы, определяющие морозостойкость бетонов, впервые разра-ботаны способы подбора составов бетонов на заданную морозостойкость, предложены составы


6

бетонов и добавок для них, обеспечивающие их высокую морозостойкость, разработаны способы повышения морозостойкости бетонов в процессе эксплуатации [9].

Профессор А.Е. Шейкин активно участвует научной жизни страны. Он выступает с докладами на многих международных конгрессах, симпозиумах, конференциях, публикуется в трудах АН СССР, избирается почётным членом и председателем научно-технического Общества строитель-ной индустрии, является председателем научных секций нескольких НИИ.

Результаты выполненных за это время работ нашли отражение в написанных А.Е. Шейкиным монографиях [2, 3, 5, 6] и многих других работах. Положения теории твердения, теории прочности, упругости и пластичности, разработанные А.Е. Шейкиным. Были использованы рядом зарубежных учёных: профессорами Николау (Румыния), А. Невиллем (Канада), Р. Нерсом (Англия), Сторком (Чехословакия) и многими другими, а также в учебной литературе, написанной профессорами Пас-тернаком, Сахновским, Якобсоном и другими.

За время работы в МИИТе профессор А.Е. Шейкин создаёт свою научную школу, он ищет и находит талантливых студентов, привлекает их к научно-исследовательской работе. Значительное число преподавателей строительных кафедр МИИТа и многих других вузов прошли школу Шейкина А.Е. Под его руководством подготовлено большое число докторов и кандидатов технических наук. Ученики Шейкина А.Е. возглавляют кафедры ВУЗов и Научно-исследовательские лаборатории, ко-мандуют производством и преподают в ВУЗах. Его отличала доброта и благожелательность к лю-дям, он оказал помощь и поддержку многим молодым учёным и инженерам.

Дальнейшее развитие научных разработок, а также их широкое внедрение в практику строи-тельного производства невозможно без создания своей школы, без воспитания большого числа учеников и единомышленников, Поэтому профессор А.Е. Шейкин создаёт при кафедре «Строитель-ные материалы» кружок студенческого научного общества, в котором студенты участвуют в выпол-нении научно-исследовательских работ. Значительная часть учебного и научно-исследовательского состава кафедры «Строительные материалы и технологии» и других кафедр МИИТа прошла школу этого кружка.

Профессором А.Е. Шейкиным написано шесть монографий, учебник для ВУЗов, большое ко-личество учебных пособий, опубликовано большое число статей по различным вопросам цемент-ных бетонов, получено более двадцати авторских свидетельств на изобретения.

Профессором А.Е. Шейкиным подготовлено четыре доктора технических наук и большое число кандидатов технических наук. Его ученики возглавляют кафедры ВУЗов, и научно-исследовательские лаборатории, преподают в ВУЗах и руководят производством.

Важное место в жизни профессора А.Е. Шейкина занимала педагогическая деятельность, ко-торую он начал в ЛИИЖТе в 1939 г. ассистентом, доцентом, продолжил в МИИТе профессором. С 1962 по 1989 год в течение 27 лет профессор А.Е. Шейкин руководил кафедрой «Строительные материалы» МИИТа.

Он работал начальником учебной части, проректором института и в течении двух лет исполнял обязанности ректора МИИТа. В эти годы МИИТ был награждён орденом Ленина и орденом Трудового Красного Знамени.

В результате многолетней преподавательской работы им разработана система преподава-ния курса «Строительные материалы», которая наиболее полно отражена в одноимённом учебни-ке, выдержавшем три издания [10]. Этот учебник до сих пор является основным для всех ВУЗов железнодорожного транспорта.

Будучи учеником основоположников отечественного бетоноведения, профессор А.Е. Шейкин для своих учеников олицетворял живую связь времён, наглядно демонстрируя на лекциях и заняти-ях историю развития науки о бетоне, её этапы, становление и перспективы. Его лекции отличались глубокой научностью в сочетании с простотой изложения. За долгие годы преподавательской рабо-ты Александр Ефремович подготовил для нашей страны и зарубежных стран много квалифициро-ванных инженеров – командиров строительного производства. Преподавателей и научных работни-ков. Он обладал энциклопедичностью знаний, в связи с чем, часто привлекался к решению многих практических задач строительства в качестве эксперта и консультанта.

За свою активную, плодотворную научную и преподавательскую работу А.Е. Шейкин награждён ор-деном Знак Почёта, пятью медалями, знаками Изобретатель СССР, «Почётный железнодорожник» и дру-гими наградами. Ему присвоены звания заслуженного деятеля науки и техники России, Почётный профес-сор МИИТа и многие другие.

Направления исследований, у истоков которых стоял профессор А.Е. Шейкин, продолжаются его учениками и последователями во многих научных и учебных институтах страны и за рубежом. Сейчас уже многие ученики учеников профессора А.Е. Шейкина стали кандидатами технических наук и сами растят новую смену.

Такие учёные и педагоги, как профессор А.Е. Шейкин составляют гордость российской строи-тельной науки. Список литературы

1. Шейкин А.Е. Прочность цементного камня. – Л.: ЛИИЖТ, 1940. – 122 с. 2. Шейкин А.Е. Прочность, упругость и пластичность бетона. Тр. МИИТ, вып. 69. – М.:

Трансжелдориздат, 1946. 3. Ратинов В.Б., Шейкин А.Е. Современные воззрения на процессы твердения портландце-

мента. – М.: Стройиздат, 1965. – 35 с. 4. Шейкин А.Е., Якуб Т.Ю. Безусадочный портландцемент. – М.: Стройиздат, 1966. – 178 с.


7

5. Шейкин А.Е. Структура прочность и трещиностойкость цементного камня. – М.: Стройиздат, 1974. –192с.

6. Шейкин А.Е., Чеховский Ю.В., Бруссер М.И. Структура и свойства цементных бетонов. – М.: Стройиздат, 1979. – 343 с.

7. Шейкин А.Е., Добшиц Л.М. Цементные бетоны высокой морозостойкости. – Л.: Стройиз-дат, Ленингр. отд., 1989. – 128 с.

8. А.с. 1558882. Способ определения состава тяжёлого бетона/ А.Е. Шейкин, Л.М. Добшиц. – Открытия. Изобретения. 1990. – № 15.

9. А.с. 1502545. Способ удлинения сроков эксплуатации бетонных и железобетонных элемен-тов/А.Е. Шейкин, Л.М. Добшиц, В. М. Смолянский, А.Я. Верников, Д. М. Прудовский. – Открытия. Изобрете-ния. 1989. – № 31.

10. Шейкин А.Е. Строительные материалы: Учебник для ВУЗов. М. Стройиздат, 1978. – 432 с.

150 ЛЕТ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ Л.Д. ПРОСКУРЯКОВА Зылев В.Б., д.т.н., профессор

В 2008 году исполнилось 150 лет (30.08.1858 – 14.09.1926) со дня рождения выдающегося мостостроителя и ученого в области строительной механики Лавра Дмитриевича Проскурякова. Эта юбилейная дата широко отмечалась в нашей стране. В Петербургском государственном универси-тете путей сообщения состоялось торжественное заседание кафедр «Мосты» и «Прочность мате-риалов и конструкций», в котором приняли участие профессора и преподаватели университета, приглашенные гости заседания. В многотиражных газетах Петербургского и Московского транс-портных университетов были опубликованы статьи, посвященные Л.Д. Проскурякову. Много инте-ресных публикаций появилось в Интернете.

24 декабря 2008 года в зале Торжеств МИИТа состоялось расширенное заседание Ученого совета Института пути, строительства и сооружений, посвященное юбилею Л.Д. Проскурякова. В заседании приняли участие профессора, преподаватели, аспиранты и студенты нашего Универси-тета, многочисленные гости заседания – представители проектных и строительных организаций. К началу заседания было выпущено 3-е факсимильное переиздание биографии Л.Д.Проскурякова [1], которая была напечатана в 1912 году в связи с 25-летием его творческой деятельности. Учебно-музейный центр МИИТа подготовил выставку, на которой, в частности, был представлен альбом, недавно пополнивший коллекцию музея, содержащий уникальные фотографии различных этапов строительства Енисейского моста.

Торжественное заседание открыл ректор университета, профессор Б.А. Левин. Сообщение проректора МИИТ, заведующего кафедрой «Мос-ты» В.М. Круглова и профессора В.О. Осипова касалось роли Л.Д. Проскурякова в развитии мос-тостроения. Научная и педагогическая деятель-ность Л.Д. Проскурякова рассматривалась в со-общении заведующего кафедрой «Строительная механика» В.Б. Зылева и профессора В.Д. Пота-пова Член-корреспондент Российской академии наук, профессор Гусев Б.В. охарактеризовал зна-чение Л.Д. Проскурякова для инженерной науки.

С большим интересом собравшиеся про-смотрели фильм (автор доцент Т.А. Скрябина) «Мосты Проскурякова». Сообщением о переме-щении арочных московских мостов Л.Д. Проскуря-кова сделал главный специалист института Ги-простроймост д.т.н. Г.Э. Мазур. В конце заседа-ния с успехом прошел музыкальный концерт мас-теров искусств.

Роль Л.Д. Проскурякова исключительно ве-лика в масштабах нашей страны, но особенно он дорог для работников, учащихся и выпускников МИИТ/а, т.к. здесь он создал кафедру «Строи-тельная механика и мосты», механическую лабо-раторию, которая сейчас носит его имя. Невоз-можно в краткой статье изложить все аспекты деятельности Л.Д. Проскурякова и вехи его био-графии, отметим лишь некоторые наиболее ха-рактерные черты, которые содержались в докладах, сделаных на заседании.


8

Как мостовик, Л.Д. Проскуряков, прежде всего, создал новые типы пролетных строений. До него как типовые использовались многораскосные системы (рис. 1). Он отошел от этой традиции к статически определимым фермам с треугольной решеткой (рис. 2), содержащей элементы большой длины, что представлялось в его время весьма рискованным

.Переход Л.Д. Проскурякова к новым конструктивным формам был основан на уве-ренности, которую ему давало прекрасное владение расчетными методами. Время пока-зало его правоту, ведь срок службы многих его мостов превысил 100 лет, а некоторые из них существуют и в настоящее время.

Кроме принципиальных новшеств, ко-торые очевидны даже не специалистам, в проекты Л.Д. Проскурякова отличались высо-кой технологичностью. Известно, например, что Енисейский мост был закончен даже раньше намеченного срока.

Есть свидетельства о том, что во многих случаях Л.Д. Проскуряков не ограничивался только составле-нием проекта моста, но и активно участвовал в процессе строительст-ва, руководил соответствующими финансовыми потоками. При осуще-ствлении многих его проектов стави-лась задача использования материа-лов, произведенных в России, что способствовало развитию экономики страны. Думается, что такой подход актуален и для нашего времени.

Говоря о времени, с которым совпало начало инженерной дея-тельности Л.Д. Проскурякова, следу-ет отметить ту высокую роль, кото-рую играл тогда инженер. Приведем характерный пример. Идет 1886 год. Молодой инженер Л.Д. Проскуряков замечает недостатки стальных мостовых ферм, которые получаются при продавлива-нии заклепочных отверстий. Продавливать отверстия гораздо дешевле и легче, чем сверлить. Од-нако Л.Д. Проскуряков настаивает на том, чтобы отверстия продавливались лишь не на полный диаметр, и далее обязательно рассверливались. Это требование, противоречащее традиции и удорожающее производство работ, тем не менее, принимается как обязательное.

По-прошествии более чем 100 лет, в этой ситуации все предельно ясно. Продавленное от-верстие имеет рваную границу, металл в результате наклепа становится здесь более хрупким.

В процессе эксплуатации моста от неровностей продавленного отверстия будут расти уста-лостные трещины. Этот процесс может продолжаться десятки лет и приводить к внезапному раз-рушению поврежденного элемента. Таким образом, рассматриваемый дефект для сооружения по-добен минам замедленного действия. Сейчас очевидно, что, если бы мосты Проскурякова содер-жали эти дефекты, их судьба была бы принципиально иной. Ведь волею судеб, срок службы его мостов совпал со многими тяжелыми периодами жизни нашей страны, когда не имелось ни сил, ни возможностей для надлежащего слежения за состоянием искусственных сооружений.

Нельзя рассматривать проекты Л.Д. Проскурякова вне процесса их воплощения, процесса произ-водства работ. Поражает масштабность этих работ и, вместе с тем, рациональность проектов соответст-вующих вспомогательных сооружений. Например, кессоны для строительства опор изготавливались из местного дерева (рис. 3).

Рис. 3. Деревянный кессон под опору Енисейского моста. 1896 год

Рис. 1. Мост через реку Волга у Ржева

1888 г. Многораскосная система

Рис.2. Мост через реку Оку проектировки Л.Д.Проскурякова.

Статически определимая шпренгельная ферма


9

Сооружение такой, сильно загруженной и герметичной конструкции из дерева требовало не только инженерного искусства (проектировал кессон и руководил производством работ выдающийся инженер строитель Е.К. Кнорре), но и таланта рабочих, имена которых до нас уже не дошли. Отметим, что когда говорится о более чем 100-летней службы мостов Л.Д. Проскурякова, не имеются в виду опоры. Они про-должают и сейчас нести нагрузку под новыми пролетными строениями.

На Енисейском мосту пролетные строения собирались при помощи перемещаемого деревян-ного крана (рис. 4). При взгляде на фотографии трудно поверить в работоспособность подобной деревянной конструкции, однако, сам факт успешного строительства убеждает в обратном. Рисунки взяты из журнала Нива за 1899 год.

Для тех, кто связан с МИИТом, Л.Д. Проскуряков, прежде всего создатель кафедры «Строи-тельная механика и мосты» и механической лаборатории, которая в настоящее время носит его имя. В этой лаборатории обучались все поколения выпускников нашего университета, начиная с 1896 года до настоящего времени.

Рис. 4. Деревянный подвижной кран на постройке Енисейского моста На рис. 5 можно видеть фотографии одного из залов лаборатории в начале 20-го века, на

рис. 6 фотографию того же зала в 2008 году. При создании лаборатории Л.Д. Проскуряков посетил многие научные центры европейских

государств и США, выбрал самые совершенные испытательные машины того времени. Лаборато-рия функционировала не только как учебная, но и использовалась для контрольного испытания материалов реально строящихся сооружений. Такое двойное назначение лаборатории характерно для всего периода ее существования.

В настоящее время один из залов лаборатории является одновременно залом Учебно-музейного центра нашего Университета. Сотрудники музея бережно хранят установки, действовав-шие еще во время Проскурякова. Все они снабжены соответствующими табличками, что не мешает их практическому использованию на лабораторных занятиях.

Рис. 5. Фотографии одного из залов механической лаборатории имени Л.Д. Проскурякова.

Фото начала 20-го века


10

Рис. 6. Тот же зал лаборатории имени

Л.Д. Проскурякова в 2008 году

Рис. 7. Групповой портрет выпускников 1903 года

Л.Д. Проскуряков создал совершенный для своего времени курс сопротивления материалов [2], и

строительной механики [3]. Обычно принято говорить об изяществе графических методов, содержащихся в этих курсах. Если проанализировать содержание [2] и [3], то можно сказать как раз о другом. Эти курсы опи-раются в основном на новые для того времени аналитические подходы, что соответствовало прогрессив-ным тенденциям того времени. Здесь мы напомним еще, что Л.Д. Проскуряков являлся инициатором вне-дрения линий влияния, как в практику мостостроения, так и в учебный процесс. Линии влияния до сих пор являются одним из рабочих инструментов при проектировании мостов

В методику преподавания строительной механики Л.Д. Проскуряков внес новый элемент, именно он стал широко использовать индивидуальные домашние задания по отдельным разделам курса. Выполнение и защита домашних заданий требует персональной работы с каждым студен-том. Такая индивидуальная работа составляет существенную часть изучения дисциплин прочности.

Следует отметить, что особенно в первые годы существования Московского Инженерного Учи-лища (позже МИИТ), состав студентов был очень сильным. Не малый процент учащихся МИУ состав-ляли выпускники механико-математического факультета Московского университета. На рис. 9 можно видеть выпускников 1903 года, Л.Д. Проскурякова и его ближайшего коллегу П.А. Велихова. Групповой портрет помещен на фоне объектов производственной практики, которая тогда продолжалась в тече-ние 2-х лет. После завершения практики студенты защищали дипломный проект, выполненный, как правило, на реальную тему [4].

После Октябрьской революции Л.Д. Проскуряков оставался заведующим кафедрой «Строи-тельная механика», читал лекции, публиковал труды по своей специальности. Он умер в 1926 году и похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище, где существует его могила.

В МИИТе бережно хранят память о профессоре Лавре Дмитриевиче Проскурякове. В механи-ческой лаборатории имеется его бюст. В 7-м учебном корпусе, где в настоящее время помещается Институт пути, строительства и сооружений имеется его бронзовый барельеф. Отмеченный в 2008 году 150 летний юбилей его рождения еще раз показал, какое значение имел этот человек для нашего Университета и для всей нашей страны. Список литературы

1. Ординарный профессор Императорского Московского Инженерного Училища Л.Д. Проску-ряков. Биография, составленная согласно постановлению Совета Училища к 25-летнему юбилею его научно-педагогической деятельности. М.: Типо-лит, Т-ва Владимир Чичерин, 1912. – 23 с.

2. Проскуряков Л.Д. Строительная механика. Часть 1. Сопротивление материалов. Издание шестое, М-Л: Государственное издательство, 1926. – 351 с.

3. Проскуряков Л.Д. Строительная механика. Часть 2. Статика сооружений. Издание шестое, М-Л: Государственное издательство, 1926. – 286 с.

4. Зылев Б.В. Московское инженерное училище (1896-1912 гг.). М.:Типография МИИТ, 1989. – 34 с.


11

К СТОЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ Е.С. СОРОКИНА

Косицын С.Б., д.т.н., профессор, Мещеряков В.Б., д.т.н., профессор, Криворучко Н.М., к.т.н., доцент

28 февраля 2010 г. исполнилось 100 лет со дня рождения известного ученого в области дина-мики сооружений и теории колебаний механических систем, доктора технических наук, профессора Евгения Семеновича Сорокина.

После окончания в 1931 г. МГУ имени Ломоно-сова Е.С. Сорокин работал в Центральном научно - исследовательском институте промышленных соору-жений. В 1941 г. опубликована его первая моногра-фия «Динамика междуэтажных перекрытий», воору-жившая проектные организации практическими мето-дами расчета строительных конструкций на дина-мические нагрузки.

В годы Великой Отечественной войны Е.С. Сорокин участвовал в боях на Сталинградском, Дон-ском, Западном, 3-м Белорусском и 1-м Белорусском фронтах. Он награжден орденом Красно звезды и многими медалями СССР.

Вернувшись на работу в ЦНИПС, Е.С. Сорокин в 1946 г. защитил кандидатскую диссертацию. Док-торская диссертация была защищена Е.С. Сороки-ным в 1958 г. Она посвящена теоретическому и экс-периментальному обоснованию созданной автором теории внутреннего трения в материалах. Основные положения этой теории были опубликованы в 1953 г. в статье «Метод учета неупругого сопротивления материалов в расчете конструкций на колебания». Эта статья была удостоена премии имена академика Б.Г. Галеркина, она вызвала многочисленные отклики в советской и зарубежной печати.

Теория внутреннего трения Е.С. Сорокина пользуется широким признанием у инженеров и научных работников, благодаря простоте применения ее в динамических расчетах и достаточному соответствию результатам опытов.

С 1961 г. по 1983 г. Е.С. Сорокин работал на кафедре «Теоретическая механика» Москов-ского ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени института инженеров железнодо-рожного транспорта (МИИТ), с 1966 г. по 1981 г. он – заведующий кафедрой. В этот период на кафедре были подготовлены и защищены 4 докторских и 10 кандидатских диссертаций.

Е.С. Сорокин – автор более 50 опубликованных научных статей и 8 монографий. Его книги известны не только в нашей стране, но и за рубежом. Некоторые из них переведены и изданы в различных странах. Особенно важную роль в развитии методов динамического расчета строи-тельных конструкций, в решении вопроса о требованиях, предъявляемых к проектированию промышленных сооружений, подвергающихся динамическим воздействиям, сыграли такие книги, как «Динамический расчет несущих конструкций зданий» (1956 г.), «Внутреннее и внешнее сопро-тивление при колебаниях твердых тел» (1957 г.), «Теория внутреннего трения при колебаниях упругих систем» (1960 г.).

Профессор Е.С. Сорокин известен научной общественности и как крупный инженер-практик. Под руководством Е.С. Сорокина проведены динамические испытания многих промыш-ленных сооружений, подверженных вибрациям. На основе полученных результатов им разрабо-таны рекомендации по снижению уровня вибраций обследованных объектов.

Е.С. Сорокин вел большую научную и общественную работу. С 1970 г. по 1981 г. он был членом президиума научно-методического Совета по теоретической механике при Минвузе СССР. С 1971 по 1975 г. он являлся главным редактором периодического сборника научно-методических статей «Теоретическая механика».

Заслуги профессора Е.С. Сорокина были по достоинству оценены – ему в 1980 году бы-ло присвоено почетное звание Заслуженного деятеля науки и техники, а также он был награж-ден знаком «Почетному железнодорожнику».

Многие поколения выпускников МИИТа с благодарностью вспоминают интересные лек-ции по курсу теоретической механики, прочитанные Евгением Семеновичем. Коллеги по ка-федре навсегда сохранили в своей памяти светлый образ большого ученого и замечательного человека.

Ушел из жизни Евгений Семенович Сорокин 30 апреля 1983 г., до последнего дня читая лекции студентам, отдав все силы служению строительной науке.


12

МОЛОДЫЕ УЧЕНЫЕ

О СПОСОБАХ СОКРАЩЕНИЯ СРОКОВ СТРОИТЕЛЬСТВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

В СЕВЕРНЫХ УСЛОВИЯХ Студент Алексеенко Е.С. Научный консультант - д.т.н., профессор Шепитько Т.В.

Разработана технология возведения участка железнодорожного земляного полотна на ПК 4000+50 – ПК 4247+00 проектируемого участка ж.д. линии Обская-Бованенково. Рассматриваемый участок характерен отсутствием выемок и нулевых мест и на всём протяжении представляет собой насыпь.

Его строительство, помимо суровых природно-климатических условий, осложнено предельно сжатыми сроками и отсутствием местных кондиционных грунтов. Большинство разведанных карье-ров располагают пылеватыми грунтами высокой влажности – до 40%. Такие грунты называются твёрдомёрзлыми и при оттаивании они превращаются в жидкую суспензию. Поэтому конструкция земляного полотна, предложенная проектным институтом «Ленгипротранс», обязательно преду-сматривает наличие в теле насыпи обойм и полуобойм из геотекстиля. В них заворачивается твёр-домёрзлый грунт. Также конструкцией предусмотрена защита от протаивания основания с помощью плоских и объёмных георешёток и пенополистирола «Пеноплекс-45»; откосы защищаются скаль-ным грунтом.

Основной задачей при строительстве ж.д. линии Обская-Бованенково и рассматриваемого участка, как ее составляющей, является сокращение сроков строительства. Она может быть реше-на за счет использования не только холодного, но и теплого сезона года для производства работ.

Для обеспечения круглогодичности строительства и, как следствие, сокращения его сроков, на кафедре ОТУС МИИТа разработана следующая последовательность действий:

1) в период отрицательных температур устраиваются притрассовые площадки, куда из карь-еров по «автозимникам» доставляется грунт; схема расположения карьеров и притрассовых пло-щадок грунта представлена на рис. 1;

14 0 3 1 + 0 0

1 0 0 0м

П р и тр а с со в а я п л ощ ад к агр у н та

Р а зр а в н и в ан и е п л ощ ад ки п о дт ех н о л о ги ч е ск ую а в то д о р о гу

Р а зр аб о тк ак а р ь ер а

К ар ь ер а

З ем л ев о зн а яд о р о г а -зи м н и к А в то с ам о св ал

24 0 9 3 + 5 0

1 4 0 0м3

4 1 5 4 + 0 0

1 1 0 0м4

4 2 1 6 + 0 0

8 0 0м

С х ем а р а сп о л ож ен и я к ар ь ер о в

Рис. 1. Схема расположения карьеров и притрассовых площадок грунта


13

2) тогда же вдоль оси пути возводится технологическая автодорога, которая в дальнейшем станет ядром железнодорожного земляного полотна; поперечный профиль автодороги приведен на рис. 2;

Рис. 2. Поперечный профиль технологической автодороги 3) по окончании строительства технологической автодороги производится отсыпка железно-

дорожной насыпи и доведение её до проектного очертания. Поперечные профили для разных высот насыпей с технологической автодорогой в качестве

ядра железнодорожного земляного полотна представлены на рис. 3-5.

Рис. 3. Поперечный профиль железнодорожной насыпи высотой от 1,7 м до 3,5 м (на примере участка ПК 4059+50 – ПК 4061+50)

Рис. 4. Поперечный профиль железнодорожной насыпи высотой от 3,5 м до 4,5 м (на примере участка ПК 4061+95 - ПК 4063+88)

Рис. 5. Поперечный профиль железнодорожной насыпи высотой более 4,5 м на участке ПК 4063+88 - ПК 4065+53


14

Необходимый для возведения железнодорожного земляного полотна грунт с притрассовых площадок к месту отсыпки перевозится автосамосвалами по отстроенной ранее технологической автодороге. Её наличие позволяет отказаться от автодороги притрассовой и сохранить естествен-ный растительно-моховый покров.

Технологическая автодорога, так же как и железнодорожная насыпь, представляет собой многослойную конструкцию, включающую в себя обойму из геотекстиля, георешётку и пенополи-стирол. Сложность ее конструкции объясняется тем, что на участках земляного полотна высотой до 1,7 м технологическая автодорога выполняет функцию не только ядра будущей железнодорожной насыпи, но и собственно тела насыпи (рис. 6.).

Рис. 6. Поперечный профиль железнодорожной насыпи высотой до 1,7 м (на примере участка ПК 4050+50 – ПК 4052+50)

На всём протяжении строительство технологической автодороги ведётся по участкам дли-

ной, на каждом из которых работы осуществляются отдельным машинизированным комплексом и отдельной бригадой рабочих-строителей (ранее задействованных в разработке карьера и органи-зации притрассового склада).

Рис. 7. Схема раскладки пенополистирольных плит «Пеноплэкс–45».

Исходя из конструкции поперечного профиля технологической автодороги, весь комплекс ра-

бот по её сооружению на каждой захватке длиной 200 м разбит на девять этапов: 1) расчистка основания; 2)устройство выравнивающего слоя высотой 0,05 м (в уплотненном состоянии) из сухомёрз-

лого песка; 3) раскладка пенополистирольных плит "ПЕНОПЛЭКС-45" со скреплением крайних плит ме-

таллическими стержнями (рис.7.); 4) устройство защитного слоя высотой 0,30 м (в уплотненном состоянии) из сухомёрзлого

песка; 5) раскатка рулонов геотекстиля и их закрепление; 6) засыпка полотен геотекстиля слоем твёрдомёрзлого грунта высотой 0,35 м (в уплотненном

состоянии); 7) формирование геообойм путём заворачивания полотнищ геотекстиля (рис.8.); 8) устройство защитного слоя из сухомёрзлого песка высотой 0,05 м (в уплотненном состоя-

нии) над уложенным геотекстилем;


15

9) устройство верхнего слоя высотой 0,15 м (в уплотненном состоянии) из скального грунта. По окончании возведения технологической автодороги на одной захватке приведённый выше

рабочий цикл (шаги 1-9) повторяется на следующих 200 м трассы - и так по всей длине участка. Таким образом, по мере продвижения от захватки к захватке, возводится технологическая автодо-рога на каждом из участков.

Рис. 8.Формирование геотекстильной обоймы: 1 - схема раскладки листов геотекстиля; 2 – отсыпка грунта, составляющего тело обоймы; 3 – уплотнение грунта

Доведение земляного полотна на участках трассы высотой до 1,7 м до проектных отметок

производится только после того, как строительство технологической автодороги будет полностью завершено.

Весь комплекс работ по доведению насыпи до проектных отметок разбит на два этапа: 1) отсыпка слоя сухомёрзлого грунта; 2) отсыпка слоя скального грунта. На основании полученных материалов разработана технологическая схема производства

работ по отсыпке железнодорожного земляного полотна (рис. 9.).

Техно-логиче-ские процес-сы

Возведение технологической автодороги

1) Расчистка ос-нования и устрой-ство выравни-вающего слоя.

2) Раскладка пенополисти-рольных плит.

3)Устройство защит-ного слоя из сухомёрз-лого грунта высотой 0,3 м.

4) Раскатка руло-нов геотекстиля и отсыпка слоя из твёрдомёрзлого грунта толщиной 0,35 м.

Средст-ва меха-низации и состав рабочей бригады

3 бульдозера, 4 автосамосвала, 1 каток.

20 рабочих 3 бульдозера, 4 автосамосвала, 1 каток.

3 бульдозера, 4 автосамосвала, 1 каток, 20 рабочих.

План потока

200 м 200 м 200 м 200 м


16

Возведение технологической автодороги

Устройство выравни-вающего слоя и рас-кладка пенополисти-рольных плит.

Устройство защитного слоя из сухомёрзлого грунта высотой 0,3 м.

Раскатка рулонов геотекстиля и отсыпка слоя из твёрдо-мёрзлого грунта толщиной 0,35 м.

Рис. 9. Схема производства работ по отсыпке железнодорожного земляного полотна

на примере участка ПК 4050+50 – ПК 4052+50

Возведение технологической автодороги Возведение железнодорожного земляного полотна высотой 1,7 м

5) Заворачивание листов геотекстиля в обойму с после-дующим их закре-плением

6) Отсыпка защитного слоя из сухомёрзлого грунта толщиной 0,05 м; отсыпка слоя скального грунта толщиной 0,15 м.

1) Отсыпка слоя сухо-мёрзлого грунта толщиной 0,35 м.

2) Отсыпка слоя скального грун-та толщиной 0,35 м.

20 рабочих 3 бульдозера, 4 автосамосвала, 1 каток.

3 бульдозера, 4 автосамосвала, 1 каток.

3 бульдозера, 4 автосамосва-ла, 1 каток.

200 м 200 м 200 м 200 м

Возведение технологической автодороги Возведение железнодорожного земляно-го полотна высотой 1,7 м

Отсыпка защитного слоя из сухомёрзлого грунта тол-щиной 0,05 м; отсыпка слоя скального грунта толщиной 0,15 м

Отсыпка слоя сухомёрзлого грунта толщиной 0,35 м

Отсыпка слоя скального грунта толщиной 0,35 м

Продолжение рис. 9. Схема производства работ по отсыпке железнодорожного земляного

В качестве примера земляного полотна высотой от 1,7 до 3,5 м рассмотрен участок ПК

4059+50 – ПК 4061+50. На данном участке высота насыпи изменяется от 2,5 м до 3,5 м, и проектное очертание её поперечного профиля соответствует типу, указанному на рис.3.

Комплекс работ по сооружению тела насыпи на данном участке разбит наследующие этапы: 1) отсыпка слоя твёрдомёрзлого грунта до уровня геотекстильной обоймы; 2) сооружение геотекстильной обоймы, включающее в себя раскатку рулонов геотекстиля, отсыпку слоя твёрдомёрзлого грунта, раскладку пенополистирольных плит и заворачивание геотекстиля в обойму; 3) досыпка слоя твёрдомёрзлого грунта до высоты (Нраб – 0,7 м); 4) отсыпка слоя сухомёрзлого грунта; 5) отсыпка слоя скального грунта.


17

Действуя аналогичным образом, разрабатываем технологические процессы возведения на-сыпей высотой более 3,5 м и на подходах к мостам.

Таким образом, разработана технология круглогодичного возведения ЗП, позволяющая со-кратить сроки строительства железнодорожного ЗП.

По предварительным расчетам экономия времени, по сравнению с технологией и конструк-цией, предложенными ОАО «Ленгипрортранс», составляет 10-15%. Список литературы

1. Мальцев В.П. Патент на изобретение. МПК Е 01 В 1/00. Способ возведения насыпи на сла-бом основании в криолитозоне / Мальцев В.П., Токарев П.М., Луцкий С.Я., Шепитько Т.В., Черкасов А.М. - Положительное решение о формальной экспертизе на изобретение №2008120301/11(023837) от 23.05.2008 г.

2. Шепитько Т.В., Черкасов А.М. О необходимости создания территориального технологи-ческого регламента для строительства железнодорожной линии Обская – Бованенково. Инженер-ные изыскания в строительстве. Материалы Третьей Общероссийской конференции изыскатель-ских организаций. М.: ОАО ПНИИИС, 2008, с. 181-182.

3. Луцкий С.Я., Шепитько Т.В., Токарев П.М., Долгов Д.В., Черкасов А.М. Организационно-технологический регламент и мониторинг сооружения земляного полотна // Транспортное строительство. № 1, 2008, с. 7-10.

СТРОИТЕЛЬСТВО И РЕКОНСТРУКЦИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ОБЪЕКТОВ С ПОЗИЦИИ НАДЕЖНОСТИ

Балаков В.В., Варавин Д.В., студенты Научный консультант - д.т.н., профессор Спиридонов Э.С.

Надёжность как сложное свойство в зависимости от назначения объекта и условий его при-менения состоит из сочетаний свойств: безотказности, ремонтопригодности, долговечности и со-храняемости. Для объектов, работающих непрерывно, таких, например, как энергоблок электриче-ской станции, обзорный локатор аэродрома, магистральные нефте- и газопроводы, из этих свойств наиболее важны 3 первые. Объекты, работающие сезонно, напротив, должны кроме приемлемой безотказности иметь высшие показатели ремонтопригодности, долговечности и сохраняемости (сельскохозяйственная техника). Свойства, составляющие надёжность, могут характеризовать и другие особенности объекта. Так, безопасность ЯЭУ (ядерная энергоустановка) в значительной степени обусловлена безотказностью оборудования, хотя безопасность ЯЭУ имеет и самостоя-тельное значение.

Границы между исправным и неисправным, между работоспособным и неработоспособным состояниями, обычно условны, и, представляют собой, в основном, совокупность определённых значений параметров объектов. Эти значения одновременно являются границами соответствующих допусков. Работоспособность и неработоспособность могут быть как полными, так и частичными. Если объект полностью работоспособен, то в определённых условиях эксплуатации возможно дос-тижение максимальной эффективности его применения. Эффективность применения в тех же ус-ловиях частично работоспособного объекта меньше максимально возможной, но значения её пока-зателей ещё находятся в пределах, установленных для такого функционирования, которое счита-ется нормальным для данного объекта.

Работоспособность должна рассматриваться применительно к определённым внешним ус-ловиям эксплуатации объекта. Элемент, работоспособный в одних условиях, может, оставаясь ис-правным, оказаться неработоспособным в других.

Переход объектов из одного состояния в другое обычно происходит вследствие поврежде-ния или отказа. Общая схема состояний и событий приведена на рис. 1.

Работоспособный объект в отличие от исправного, должен удовлетворять лишь тем требова-ниям нормативно-технической и конструкторской документации, выполнение которых обеспечивает нормальное его применение по назначению. Очевидно, что работоспособный элемент может быть неисправным, например неудовлетворяющим эстетическим требованиям, если ухудшение внешнего вида не препятствует его применению по назначению. Переход элемента из исправного в неисправ-ное состояние происходит вследствие дефектов. Термин «дефект» применяют, в основном, на этапах изготовления и ремонта. В этих случаях требуется учитывать отдельное каждое конкретное несоот-ветствие объекта требованиям, установленным нормативной документацией.


18

Исправное состояние

Работоспособное состояние

Неработоспособное состояние

Предельное состояние

Списание

31

22

3 4

5

Рис. 1. Схема постоянных состояний и событий объектов:

1 – повреждение; 2 – отказ; 3 – переход объекта в предельное состояние; 4 – восстановление; 5 – ремонт

Термин «неисправность» применяется при эксплуатации объектов, когда требуется учиты-

вать изменения технического состояния элементов, независимо от числа обнаруженных дефектов. Находясь в неисправном состоянии, объект имеет один или несколько определённых дефектов. В этом плане возможно представление состояний в виде, показанном на рис. 2.

Рис. 2. Состояния и события объекта. Одним из основных понятий теории надёжности является понятие отказа. В общей теории

надёжности отказ трактуется как утрата объектом необходимого качества. Если за меру надёжности принять вероятность случайного события, состоящего в том, что в течение срока службы не про-изойдёт ни одного отказа, то в качестве показателя надёжности выступает вероятность безотказной работы конструкции в течение заданного срока службы )(0 tP .

Изменение )(tP во времени может быть охарактеризовано частотой отказов, равной произ-водной от функции надёжности, взятой с обратным знаком:

dttdPtP )()( −= . (1)

Другой характеристикой является интенсивность отказов:

)()(1)(

tPtPt −=λ . (2)

Производная dtt)(λ , представляет собой условную вероятность отказа в течение интерва-

ла времени dttt +)(1 , для конструкции, безотказно проработавшей время t. Функция надёжности выражается через интенсивность отказов:

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡−= ∫

tdttP

0)(exp)( τλ . (3)

Опыт эксплуатации многих технических устройств показывает, что функция λ(t) имеет харак-терный вид кривой, представленной на рисунке. Вначале опасность отказов монотонно уменьшает-

Неисправность

Отказ Дефект


19

ся, что характерно для периода приработки, в течение которого проявляются все дефекты, обу-словленные технологическими причинами. Затем она остаётся примерно постоянной в течение длительного периода нормальной эксплуатации. В конце этого периода интенсивность возрастает вследствие износа, вызванного процессами старения.

1 2 3

)(tλ

t

Рис. 3. Зависимость интенсивности отказов от времени 1 – приработка; 2 – нормальная эксплуатация; 3 – износ

Если интенсивность отказов λ постоянна во времени, то из выражения )(tλ вытекает экс-

поненциальный закон распределения отказов. Функция надёжности имеет вид: tetP λ−=)( . (4)

Экспоненциальный закон функции надёжности характеризуется постоянной интенсивностью отказов. Однако отмечается, что функция надёжности строительных объектов или конструкций не подчиняется экспоненциальному закону. Для них важен срок службы объекта или конструкции или её элементов.

Когда вероятность отказа велика, важным показателем надёжности становится средне веро-ятное число отказов )(tH за расчётный срок службы, представляющее математическое ожидание числа отказов до момента времени t (функция восстановления).

Рассмотрим возможность повторных отказов в течение заданного срока службы. Если после отказа под действием приложенной нагрузки и восстановления конструкции вторичный отказ проис-ходит с той же вероятностью, то, если вероятность одного отказа Q, вероятность двух отказов Q2 и тогда:

QQQQQtH−

=+++=1

...)( 22 . (5)

Если вероятность отказа конструкции малая величина, то можно пренебречь повторностью отказов и полагать,

QtH =)( , (6)

т.е. приведенная простая оценка величины )(tH :

)(1)()()(tQ

tQtHtQ−

≤≤ . (7)

Последовательность отказов-восстановлений образует поток событий, называемый потоком восстановления. Показано, что процесс восстановления строительных объектов или конструкций может быть и нестационарным. Если срок службы разбить на интервалы продолжительностью один год (предполагается, что в случае отказа восстановление происходит в течение того же интервала), среднее число отказов за срок службы (N лет) определяется формулой:

∑= N

n nn hH , (8)

где nh – интенсивность отказов или среднее число отказов в n-м году;

∑= −∗N

i nin hPh1 1 . (9)

Здесь iii PPP −= −∗

1 это вероятность отказа или вероятность того, что в i-м году произошёл первый отказ.

Надёжность простейших систем при проектировании объектов или сооружений характеризу-ется распределением внешних воздействий между элементами принятой конструктивной схемы


20

(стержневой или призматической системы, пластинчатостержневой и т.п.). Обычно методами орга-низации строительства определяется состояние всей системы, а надёжность проверяется для под-системы или элементов сечений. Определение надёжности многоэлементарной системы, пред-ставляющей собой расчётную модель строительства, является весьма сложной задачей.

В технической теории надёжности разработаны методы оценки надёжности системы по из-вестным законам распределения вероятности безотказной работы их элементов.

Отказ системы определяется как переход в состояние, в котором хотя бы в одном из её эле-ментов достигается предела устойчивости. Для вероятности безотказной работы за срок службы n лет используется выражение:

∫∞

∞−−= dxxPxPP ffrn )()(1 , (10)

где )(xPf – функция распределения несущей способности фермы.

Обозначив )(1)( xPx r−=Φ – вероятность безотказной работы при фиксированной нагруз-ке, функция надёжности запишется в виде:

∫∞

∞−Φ−= dxxxPP fnn )()(1 . (11)

Максимальные значения внешних параметров, взаимодействующих на систему в разные годы, считаются независимыми случайными величинами с функцией распределения 1cP , опреде-ляемой из статистической обработки совокупности их за большое число лет. Функция распределе-ния максимальной характеристики параметров, появляющейся за весь срок службы объекта или конструкции, равный n годам, определяется по формуле:

)()( 1 FPFP nccn = . (12)

Соответственно, плотность распределения:

)()()( 111 FPFnpFP n

cccn−= . (13)

Функция )(1 FPc принята в виде двойного экспоненциального закона. Функция распреде-ления максимума за n лет:

( )⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ −−−−=

βαβInnFFPcn expexp)( , (14)

где βα , – параметры распределения, или ( )InnFPFP ccn β−= 1)( , а плотность вероятностей максимума за n лет:

( )))( 1 InnFPFP ccn β−= . (15) Постоянное воздействие вводится как случайная величина, распределённая по нормальному

закону. Оба параметра считаются равномерно распределёнными. Плотность вероятностей распре-деления полного значения за n лет получается при использовании формулы, выражающей правило сложения случайных величин:

( ) ( )dxxFpInnFPFP kcfn −−= ∫∞

∞−β1)( , (16)

где kp – плотность вероятностей распределения постоянного внешнего воздействия. Проблеме моделирования надёжности технологических процессов, организации строитель-

ства, управления железнодорожным транспортом и строительством посвящены многочисленные отечественные и зарубежные исследования. Предложены различные подходы к её решению, под-готовлены эффективные модели, основная часть которых реализуется в работе железнодорожного транспорта и строительстве. В данной работе представлена методика, которая проведена в прак-тических расчётах при строительстве железнодорожных объектов.

МНОГОМЕРНЫЙ АНАЛИЗ ОЦЕНКИ СИСТЕМЫ СТРОИТЕЛЬСТВА ТРАНСПОРТНЫХ ОБЪЕКТОВ

Варавин Д.В., Виницкая Т.П., студенты Научный консультант - д.т.н., профессор Спиридонов Э.С.

Важным в настоящее время при строительстве железных дорог является выработка органи-

зационных и управленческих процессов с высокой степенью надежности. Этого можно добиться применением многомерного анализа и современных информационных технологий. Новая техноло-


21

гия позволяет пересмотреть канонические закономерности многих микро и макро динамических процессов в строительном производстве. Концепция применения сборочного проектирования для больших информационных систем позволяет значительно сократить не только время проектирова-ния таких систем, но и расходы на их создание.

Это позволяет объективно отразить важнейшие производственные ситуации строительства железных дорог, и выработать организационные решения с высокой степенью надежности, а имен-но, учитывать параметры возводимого объекта (протяженности линии, число путей, вид тяги, объе-мы перевозок, число и типы разделочных пунктов и т.п.), характеристики природной среды (род рельефа, географические, геологические, метеорологические, климатические и т.д.), производст-венные характеристики (численность и вооруженность подразделений, наличие транспортных путей и т.п.), и другие.

Затраты на создание и разработку статических моделей, лежащих в основе плоскостного представления показателей деятельности предприятия, большей частью не могут быть компенси-рованы из-за отсутствия необходимого и достаточного соответствия моделируемым процессам. Модель, получаемая в этом случае, является неполной и нечеткой.

В рамках современного производства уже не достаточно руководствоваться статическими проектными данными, т.к. имеют место конкурентная борьба, рыночные условия экологические оценки требуют оптимизации строительного комплекса по принципу системы оперативного произ-водства.

Анализ исследования в области строительства выявил тенденцию перехода к многомерному анализу и представлению задач, перераспределяя затраты сил и средств на решение глобальных целей и максимальный учет параметров, воздействующих на реальную систему. В усредненном виде эти связи могут иметь глобальный уровень взаимодействия между системами, а более де-тальные многомерную структуру с n-мерными массивами информации, отражающие как простран-ственные характеристики, так и время.

Следует отдельно указать, что многомерное представление неправильно было бы рассмат-ривать как систему визуализации массивов информации – это лишь одна из сторон применения подобных моделей, опираясь на психофизические процессы мозга человека. Многомерное пред-ставление является комплексом моделей, сложнейших интеллектуальных, управленческих алго-ритмов и мероприятий различного уровня и степени проникновения в различные сферы знаний, способные в будущем осуществить реальное виртуальное управление без прямого участия челове-ка в производственном процессе.

Таким образом, сравнение, анализ и синтез составляют основу информационного поля мно-гомерного анализа (рис. 1), базирующегося на исследовании и изучении конкретного объекта с его взаимоотношениями и взаимосвязями с внешними объектами и реальными средами, полями, про-цессами.

Нахождение оптимума поля функций, группирующих в себе множество факторов: экономиче-ских, производственных, геополитических и пр., позволит добиться решения задачи прогнозирова-ния и расчета надежности и на этой основе выработки стратегически верных решений управленче-ских решений. Сложившаяся в теории и практике методология решения задач планирования, раз-работки, производства и организации ведения работ развивалась отдельно в каждой сфере отрас-ли. Вследствие этого возникли обособленные друг от друга сферы знаний и методы решения задач, в которых отсутствие общеметодологических принципов и концепции, использование общих зако-номерностей, должно было дополняться многолетним опытом.

Рис. 1. Основные этапы исследования информационного поля

методами многомерного анализа Причина этого заключается в отсутствии общей теории управления в многомерном пред-

ставлении и, как следствие, отсутствие единой модельной основы. Объективная потребность использования математических моделей в многомерном и плос-

комерном изображении, в научных подходах к развитию строительного производства и представле-нию его на практике, в виде виртуальных моделей диктуется необходимостью описания реальности производства функциональными зависимостями, и применение к нему математических и логиче-ских методов формации. Таким образом, раскрывая многомерность виртуальной модели и управ-ляя ею, можно корректировать реальный производственный процесс, а виртуальные кризисы, сге-нерированные и фиксируемые моделью, будут характеризовать критические ситуации реальности.

Классические решения задач и прогнозирования развития производственных процессов. А также возможности возникновения критических ситуаций в плоскостном рассмотрении не позволя-ют выявить многие сложные взаимосвязи между элементами той или иной организационной иерар-


22

хии построения системы при плоскостном рассмотрении на основном этапе, в век информатизации, не способны удовлетворить реальные запросы надежного функционирования транспортного и строительного производства.

Новые технологии позволяют пересмотреть канонические закономерности многих микро и макро динамических процессов реальности. Во многих случаях не возможно, например, изучение определенной системы без полной, достаточной информации о функциональных и многомерных отношениях, составляющих ее локализованных частей и об отношении последних с окружающей системой, т.е. возникает необходимость исследований процессов, связей, систем с единой много-мерной информационной точки зрения.

На основе информационной модели математически проще интерполировать и экстраполи-ровать свойства известных элементов (гипотетическими зависимостями). Говоря о строительстве и реконструкции железных дорог, предполагается использовать лишь ограниченную часть многомер-ной динамической модели, отражающей производство в n-мерном процессе макро и микро мерных отношений в пространстве и времени.

Принцип информационной составляющей вектора заключается в том, что сначала произ-водится анализ и синтез отношений элементов внутри системы и вне ее, а затем после классифи-кации внутренних отношений, свойств и внешних отношений по признакам и степени влияния, ана-лизируются и синтезируются функциональные составляющие, формируется виртуальная модель глобальных связей. Одной из составляющих цели исследования является упорядочение, класси-фикация и приведение в упорядоченную систему сложных свойств, процессов, работ, связей. Ди-намический характер внутренней и внешней информации представляет особые требования, как к структуре иерархии связей, так и качеству модельной основы.

Для учета вероятных характеристик работы модели и функциональных связей по опреде-ленному алгоритму иногда приходится рассматривать большое количество сложных связей и групп факторов (рис.2), которые перегружают вычислительные процедуры управления системой лишней работой и увеличивают время обработки информации.

Рассматриваемые сложные технические системы, такие как железнодорожное строитель-ство, из-за существенных отличий технологических процессов, ограниченно подчиняются закону корреляции. Так, при оценке технического уровня для ряда однородных объектов, прошедших до-работку, модернизацию, необходимо учитывать, что исходная статическая информация является недостаточной для выявления корреляционных связей между параметрами. Истинное значение коэффициента корреляции r, плотность распределения совокупностей, может быть описана по за-кону Хотеллинга:

)2

1;2/1;2\1,2/1()1()1()1)(2/1,2/1(2)1(

1)(2

3222

12 rnFprrnBn

rf nrnn ρρ +−−−−−−

= −− ,

F (l/2, l/2; n-l/2; (l+pr)/2) - гипергеометрическая функция Гаусса; B (l/2, n-l/2) – Эйлеров интеграл 1 рода (бета-функция).

В более общем случае вероятностной интерпретации задачи оценки технического уровня возведенной группы линейно-протяженных, или сосредоточенных объектов, обусловлена необхо-димость использования распределений случайных двумерных величин.

В этом случае (для описания краевых, граничных условий) наиболее подходящей формой совместной плотности случайных величин, является обобщение закона Маргенштенля-Гумбеля:

)]},(21)][(21[1){()(),( yGxFygxfyxh −−+= γ где g - параметр закона, характеризующий линейную функцию коэффициента корреляции у.

Рис. 2. Схема влияния макро-факторов на многомерные модели


23

При разработке больших информационных систем широко используется концепция сбороч-ного проектирования, основанная на идеи повторно используемых компонентов. В связи с этим оп-ределяющее значение имеет то, насколько применение методики и поддерживающие интеллекту-альные системы обладают возможностями создания повторно используемых компонентов, а также насколько легко такие компоненты можно применять в других проектах.

Такой подход справедлив для строительства и реконструкции, железных дорог, т.к. мы име-ем повторяющиеся по длине линии участки земляного полотна, водопропускных труб, железнодо-рожного пути, станционные площадки, т.е. компоненты. Главная же ценность сборочного метода интеллектуальных систем, а оценочные показатели рассчитываются для всей линии системы в це-лом. Когда же мы имеем возможность представить компоненты как многомерные структурные эле-менты и из них собрать систему - строительство железнодорожных линий, то этим достигается мак-симальный оптимум обоснования организационных и технологических решений, благодаря упоря-доченному описанию связей между уровнями всей системы, используя закон Маргенштенля-Гумбеля.

Использование принципа наследования в моделировании строительных процессов предос-тавляет возможность создать из классов новые классы по принципу «от общего к частному». На-следование позволяет новым классам, при сохранении всех свойств классов-родителей, добавлять свои черты, отражающие их индивидуальность. Наследование позволяет создать иерархии классов и является эффективным средством внесения изменений в систему и ее развитие.

ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧНОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА ДОРОГ Волков Д.Э., студент Научный консультант - д.т.н., профессор Спиридонов Э.С.

1.Восстановитель старого асфальта Использовать материал, находящийся на месте, а не везти новый гранулат – вот преимуще-

ство этой технологии. Дорожно-строительные фирмы используют конвой из трёх машин: восстановитель срезает

дорожное покрытие на глубину 75 мм, получая таким образом «бой». В него добавляется битумная эмульсия и вода, подающаяся из цистерны. Все перемешивается, укладывается на дорогу и укаты-вается. Так экономится 11 000 тонн природного гранулата, 393 000 кг СО2 (транспорт и подогрев) и 126 000 литров горючего на 10 км дороги. 2.Датчики следят за деформацией почвы

Чтобы избежать дорогостоящего ремонта нижних слоев, датчики помогают замерять де-формации верхних слоев (такие датчики сейчас разрабатываются). Данные с помощью радио пе-редаются на машину, оборудованную приемо-передатчиками. 3. Покрытие улучшает сцепление

Чтобы уменьшить износ примерно на десять лет эксплуатации, используются миллиметро-вые слои из межфазных пиков из обожженного кальцита - очень твердого материала, закованного в матрицу из мелких кристаллов гидросиликатов. Истираясь, верхний слой открывает пики нижнего слоя, что позволяет сохранить отличное сцепление. С помощью пьезоэлектрических генераторов

Эта инновация израильской фирмы «Инноватех» позволяет преобразовать механическую энергию движения автомобилей по дороге в электроэнергию С помощью фотоэлектрических панелей

Американская фирма «Солар Родвейс» придумала дорогу из фотоэлектрических панелей, поверхность которых имеет такое же сцепление, как и классическое 4. Дорога производит энергию

Футурологи дороги придумали, как превращать эти бесконечные черные петли в фабрики электроэнергии. Рассматриваются два способа 5. Катализатор снижает загрязнение

Для снижения загрязнения окисями азота (NOx), выделяемого машинами, в верхний слой вводится катализатор (двуокись титана (ТiO2)). Он ускоряет природную химическую реакцию под воздействием солнечного излучения, которая превращает NOx в нитраты (NO3) при контакте с ки-слородом воздуха (О2).

Нитраты смываются дождем и уходят в среду. Первые убедительные тесты были прове-дены в 2006 году в Динане (Кот-д-Армор). 6. Гранулат поглощает шум колес

Создаются пустоты в покрытии (битум + гранулат). Звук проникает в них и выходит со значительным ослаблением. Выбранная гранулометрия гасит частоты от 800 до 2000 Гц, наи-более чувствительные для уха. Это снижает шум не менее чем на 5 дБ. То есть шум умень-шается в три раза. Сто машин производят шум 30 автомобилей.


24

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ОПОР ЖЕЛЕЗНОДОРЖНЫХ МОСТОВ

Грудский В.А., студент Научный консультант - к.т.н., доцент Смирнова О.В.

В настоящее время в России увеличился объем строительства и модернизации автодорож-

ных и железнодорожных мостов и эстакад. В этих условиях проектные организации сталкиваются с проблемой автоматизации расчетов. На рынке программных продуктов существует много программ и комплексов, использующих конечно-элементный анализ. Однако в большинстве случаев при про-ектировании мостов с использованием типовых проектов (типовых шкафных блоков, насадок, про-летных строений и т.п.) применение сложных конечно-элементных комплексов нецелесообразно, так как это требует больших временных затрат и сложного технического осуществления. Более то-го, часто требуется произвести проверку только конкретных сечений опоры (например, обрез фун-дамента, подошва ростверка и т.п.), а не подробный конечно-элементный анализ всех элементов конструкции.

Создаются пустоты в покрытии (битум + гранулат). Звук проникает в них и выходит со значи-тельным ослаблением. Выбранная гранулометрия гасит частоты от 800 до 200 Гц., наиболее чувст-вительные для уха. Это снижает шум не менее, чем на 5 дБ., т.е. шум уменьшается в три раза. Сто машин производят шум 30 автомобилей.

Программы для типовых расчетов организаций, как правило, были написаны несколько деся-тилетий назад под операционную систему DOS, поэтому их использование либо невозможно, либо очень сложно. В такой ситуации актуальной становится задача разработки программ автоматизации процесса проектирования, на основе СНиП [1], которые работают в среде Windows.

Примером решения этой задачи является автоматизация расчета устоев и промежуточных опор однопутного или двухпутного железнодорожного моста с балочными пролетными строениями или фермами.

Опоры мостов являются ответственными элементами моста, так как они передают нагрузки с пролетного строения на основание (грунт). Поэтому опоры должны удовлетворять требованиям расчета по несущей способности (предельные состояния первой группы) и по пригодности к нормальной эксплуатации (предельные состояния второй группы). Опоры мостов условно разделяют на два вида: промежуточные (быки) и концевые (устои) – из-за различных условий эксплуатации и передачи нагрузок [2].

Для автоматизации расчета устоев и промежуточных опор однопутного или двухпутного же-лезнодорожного моста с балочными пролетными строениями или фермами была разработана про-грамма, в которой предусмотрен расчет береговых устоев массивного и столбчатого типов и про-межуточных опор с различными сечениями элементов тела опоры.

Программа написана на языке VBA с использованием MS Excel [4]. После запуска программы в окне MS Excel создается отдельный пункт меню, с которого можно начать работу.

В меню программы предусмотрен выбор вида опоры (устой или бык), который определяет вывод диалогового окна ввода общей информации по опоре:

− тип опоры (для устоев) – массивный или столбчатый; − тип фундамента – свайный или мелкого заложения; − тип пролетного строения – балка или ферма; − количество путей; − количество элементов тела опоры (для массивных устоев и быков). По данным диалогов формируется лист книги MS Excel с таблицами исходных данных. В

них предлагается ввести минимально информацию, необходимую для расчета выбранного вида и типа опоры:

− геометрические характеристики элементов моста; − геологические данные (характеристики грунтов основания и насыпи); − данные для расчета нагрузок по СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы». После ввода исходных данных, из меню осуществляется запуск расчета. Расчетный модуль

программы состоит из следующих частей: 1. Считывание данных и присвоение начальных значений. 2. Расчет вспомогательных значений, коэффициентов надежности γf и формирование матрицы вероятностных коэффициентов η (по СНиП 2.05.03-84). 3. Цикл по расчетным сечениям: – расчет геометрических характеристик сечения; – расчет нормативных нагрузок (по СНиП 2.05.03-84); – расчет динамических коэффициентов (по СНиП 2.05.03-84); – расчет сочетаний нагрузок (по СНиП 2.05.03-84); – расчет допустимых и предельных значений (по СНиП 2.05.03-84). 4. Вывод результатов: программа создает в книге MS Excel листы, соответствующие

количеству расчетных сечений, в каждом из которых в табличном виде представляются результаты расчета соответствующего сечения.


25

Для сечений, расположенных выше подошвы фундамента (ростверка), выполняется проверка на ограничение положения равнодействующей и находятся усилия для расчетов:

– по прочности и устойчивости конструкции; – на выносливость конструкции; – на трещиностойкость конструкции. Для устоев и промежуточных опор на естественном основании выполняются расчеты по

подошве фундамента: – по несущей способности основания; – по ограничению равнодействующей от нормативных нагрузок; – по устойчивости против опрокидывания и сдвига. Для опор на свайном основании расчетные усилия по подошве ростверка определяются по

первой и второй группам предельных состояний для дальнейшей проверки свайного основания. Расчетные усилия от внешних нагрузок определяются в наиболее невыгодных сочетаниях,

вероятных как в период строительства, так и в процессе эксплуатации. Расчет ведется по девяти сочетаниям двадцати семи нагрузок для устоев, и восемнадцати сочетаниям тридцати пяти нагрузок для промежуточных опор.

Использование разработанной программы при типовых расчетах позволит сократить время необходимых расчетов и повысить их качество и надежность, сделает труд проектировщика более эффективным. Список литературы

1. СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы/ Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. – 200 с.

2. Мосты и тоннели на железных дорогах: Учебник для вузов/ В.О. Осипов, В.Г. Храпов, Б.В. Бобриков и др.; Под ред. В.О. Осипова. – М.: Транспорт, 1988. – 367 с.

3. Расчеты мостов по предельным состояниям/ Г.К. Евграфов, Н.Б. Лялин – М.: ТРАНСЖЕЛДОРИЗДАТ, 1962 – 336 с.

4. Использование макросов в Excel. 2-е изд./ С. Роман. – СПб.: Питер, 2004. – 507 с.: ил.

УЧЕТ РИСКОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТРАНСПОРТНЫХ ОБЪЕКТОВ Добранов А.Б., Варавин Д.В., Морозов А.И., студенты

Начиная с 1990-х гг., с появлением концепции Value-At-Risk, риск начали определять через

вероятность потерь. Соответственно, измерение риска было сведено к измерению размера по-тенциальных потерь. Приведём ряд примеров определений риска, встречающихся в литературе. Согласно ряду авторов, риск – это:

• «вероятность неблагоприятного исхода финансовой операции»; • «вероятность потери активов и образования убытков»; • «это вероятность возникновения потерь, убытков, недопоступлений планируемых доходов,

прибыли». В повседневной жизни под риском понимают возможность наступления некоторого неблаго-

приятного события, влекущего за собой возникновение различного рода материальных или мо-ральных потерь (получение физической травмы, потеря имущества, ущерб от стихийного бедствия и т.д.). Признаки и последствия таких событий риска известны по историческому прецеденту.

Наиболее близко к бытовому представлению о риске его определение, принятое в актуар-ном (страховом) деле: здесь под риском понимают «гипотетическую возможность наступления ущерба (страхового случая»). Страховые расчёты – исторически первая область науки о риске.

В целом общепризнано, что существование риска связано с наличием неопределённости. 1. Риск в строительстве – достаточно новое и окончательно не сформулированное понятие,

ориентированное не только на инженерные, но и экономические и социальные критерии. Уже давно существующие теории надёжности и безопасности рассматривают и исследуют соответственно возможность возникновения отказа сооружения и вероятность возникновения отказа с позиции раз-вития ситуации ведущей к нему. При исследовании рисков речь идёт, прежде всего, о последствии возможных отказов

В основу теории положена концепция о том, что любой элемент, а, следовательно, и целая система, состоящая из отдельных элементов, в процессе эксплуатации неизбежно подвергается риску, и если этот риск слишком велик, то элемент (система элементов) может быть разрушена. Понятие «риск» включает обширный круг задач, относящийся к трём основным группам:

а) риск, вызванный природными факторами; б) риск, связанный с индивидуальностью человека; в) риск хозяйственный. Понятие «риск» позволяет оценить возможное отклонение от цели, ради которой было при-

нято какое-либо решение.


26

2. Риск тесно связан с расходами на строительство: чем меньше риск, принятый на стадии проектирования, тем дороже будет объект (система элементов), и наоборот.

Таким образом, риск при строительстве (реконструкции) и эксплуатации любого инженерного объекта (в том числе и железных дорог), то есть строительный риск – это возможные ожидаемые технические, материальные и социальные последствия в результате отказов, возникающих на той или иной стадии жизнедеятельности объекта. Мера строительного риска – это количественный про-гноз возможных убытков (ущерба) из-за возникновения отказов. В понятие «прогноз» здесь вклады-вают как анализ и оценку возможных убытков, так и поиск, формирование и планирование границ между оправданными и неоправданными строительными рисками (оправданными и неоправдан-ными убытками). Критерии выбора границ между такими рисками определяются по статистическим данным и могут отличаться в зависимости от видов воздействия на различные объекты – причин возможных убытков, размеры ожидаемой выгоды, а также от условий работы и назначения объек-тов.

106

10 10- 8 10-2

Рис. 1.

3. Функциональная зависимость между величиной риска и ожидаемой выгодой выражается нелинейным законом, как это показано на рис 1. Построенная кривая делит координатную плос-кость на две части. Справа от кривой расположены значения, которые могут быть при известных условиях приняты. Точки, расположенные слева от кривой, относятся к неприемлемым значениям.

Таким образом, физический смысл числового выражения риска сводится к следующему. Наи-более полные статистические данные имеются для риска, которым характеризуются несчастные слу-чаи в разных областях производства. Так, например, риск, характеризуемый числом 10-3 отказов на 1 человека в год, является совершенно неприемлемым. Уровень риска 10-4 требует принятия мер и мо-жет быть принят только в том случае, если другого выхода нет. По данным, приведённым в работах американских учёных, риск в автомобильных авариях достигает уровня 2,8·0-4. Уровень риска 10-5 соответствует естественным случайным событиям, как, например, несчастным случаям при купании в море, для которых риск исчисляется 3,7·10-5. Несчастные случаи отказа, обусловленные риском 10-6, относятся к такому уровню, на который имеется более спокойная реакция, так как считается, что из-бежать этого риска может каждый, соблюдая элементарные правила предосторожности.

Аналогичным образом величина риска может быть установлена и для каждого объекта с учё-том срока службы, его значения для общей надёжности всего комплексного сооружения, а также стоимости, срока восстановления и т.д.

МОРОЗОСТОЙКОСТЬ БЕТОНА Дрючина И.Ю., студент Научный консультант - д.т.н., профессор Добшиц Л.М.

Морозостойкость – свойство бетона сохранять прочность при многократном замораживании и оттаивании в насыщенном водой состоянии. По наибольшему числу циклов попеременного замо-раживания и оттаивания, которое выдерживает бетон при стандартных испытаниях, устанавливают его марку по морозостойкости.

В соответствии со СНиП П-21-75 для тяжелых бетонов предусматриваются следующие про-ектные марки по морозостойкости: Мрз50, Мрз75, Мрз100, Мрз150, Мрз200, Мрз300, Мрз400, Мрз500. Марка бетона по морозостойкости выбирается при проектировании сооружений в зависи-мости от условий работы бетона и, в частности, от климатических условий и числа перемен гори-зонта воды за зиму на омываемой поверхности бетона. Морозостойкость — одно из главных требо-

Нерациональны

й

Риск

в естественны

х Низкий

Умеренный

вы

сокий


27

ваний, предъявляемых к бетону гидротехнических сооружений (плотины, облицовки каналов, шлю-зов), опор мостов, дорожных покрытий и т. д.

Бетон – пористый материал, и если все поры в нем полностью заполнены водой, то он дол-жен разрушиться при первом цикле замораживания, так как при переходе воды в лед из-за мень-шей плотности последнего (плотность льда 0,917 г/см3) в упругом скелете бетона должны возник-нуть растягивающие напряжения, значительно превышающие его собственную прочность. Способ-ность бетона противостоять разрушению при многократном замораживании и оттаивании в насы-щенном водой состоянии обусловлена присутствием в его структуре «резервных» пор, незаполнен-ных водой, в которые и отжимается часть воды в процессе замораживания под действием давления растущих кристаллов льда.

Рассмотрим особенности строения порового пространства морозостойких бетонов, способ-ных выдержать определенное число попеременного замораживания и оттаивания без существенно-го снижения прочности (не более 15%) или потери в массе (не более 5%).

В процессе твердения цемента, на начальном этапе формирования структуры, вода затво-рения образует в цементном камне систему взаимосвязанных капиллярных пор, беспорядочно рас-положенных по всему объему бетона. С течением времени в условиях продолжающейся гидрата-ции цемента общая и капиллярная пористость цементного камня, а, следовательно, и бетона, уменьшается, так как объем, занимаемый продуктами гидратации цемента вместе с порами между кристаллическими новообразованиями (порами геля), примерно в 2,2 раза больше абсолютного объема негидратированного цемента. При достижении определенной степени гидратации цемента система взаимосвязанных капиллярных пор становится условно дискретной, т. е. поры в цементном камне, ранее представлявшие собой преимущественно сообщающиеся друг с другом тонкие капил-ляры, оказываются разобщенными цементным гелем, также имеющим поры, но существенно меньших размеров. С образованием подобной структуры цементного камня проницаемость бетона резко уменьшается. Подобное строение порового пространства в цементном камнебетона возника-ет тем раньше, чем ниже начальное водоцементное отношение. Одновременно в бетоне образуют-ся и поры, заполненные воздухом; при определенных условиях они могут явиться теми резервными порами, которые придают бетону морозостойкость. Рассмотрим причины и механизм образования таких пор более подробно. Реакции взаимодействия цемента с водой сопровождаются химической контракцией, так как абсолютный объем, занимаемый новообразованиями, меньше абсолютных объемов цемента и воды, вступивших в реакцию. В результате химической контракции объем це-ментного камня должен уменьшиться. Однако после того как в цементном камне сформируется же-сткий кристаллический каркас, усадочные деформации, обусловленные химической контракцией, не могут проявиться, и в цементном камне возникают мельчайшие (контракционные) поры, запол-ненные воздухом. В эти поры немедленно поступает вода из более крупных пор и капилляров, и последние частично обезвоживаются.

Образование в цементном камне в процессе гидратации цемента таких относительно круп-ных пор, заполненных воздухом, происходит на стадии формирования условно дискретной системы капилляров, т.е. когда эти поры со всех сторон блокированы цементным гелем и не могут запол-няться водой, и в условиях водного твердения образцов. Следовательно, поры, ранее заполненные водой, вследствие химической контракции становятся резервными только при условии, что они со-общаются с другими им подобными порами и капиллярами, а также с внешней средой только через поры геля. Так как свободное движение воды по капиллярам возможно только в сторону капилля-ров с более отрицательным капиллярным потенциалом, то такие резервные поры не могут запол-няться водой как при погружении образцов в воду, так и путем капиллярного подсоса.

При замораживании насыщенного водой бетонного образца вследствие образования и роста кристаллов льда в оставшейся жидкой фазе (жидкости) будет возникать гидростатическое давле-ние. Под действием этого давления водный раствор может перемещаться в резервные поры, что и исключает возможность возникновения и роста растягивающих напряжений в твердом скелете бе-тона (точнее, в кристаллическом сростке цементного камня). Разрушение бетона в насыщенном водой состоянии при многократном замораживании и оттаивании наступит только тогда, когда все резервные поры будут заполнены водой или образовавшимся при ее замерзании льдом. Естест-венно полагать, что чем больше относительный объем резервных пор в единице объема бетона, тем больше потребуется циклов попеременного замораживания и оттаивания, чтобы вызвать раз-рушение бетона, т.е. морозостойкость бетона тем выше, чем больше его условно замкнутая порис-тость. Однако при прочих равных условиях условно-замкнутая пористость, которую можно принять за пористость, представленную резервными порами, неоднозначно определяет морозостойкость бетона. Непостоянство вида функции Мрз бетона = f(Пз), где Мрз — число циклов попеременного замораживания и оттаивания, характеризующее морозостойкость бетона, обусловлено рядом при-чин и, в частности, неравномерностью распределения резервных пор по объему бетона и недоста-точной прочностью цементного камня. При неравномерном распределении резервных пор по объе-му бетона в отдельных микрообъемах существенно возрастает протяженность тонких капилляров, соединяющих открытые, заполненные водой более крупные поры с резервными порами, заполнен-ными воздухом.

С увеличением протяженности таких тонких капилляров, а также с уменьшением их радиуса возрастает сопротивление движению жидкости по ним под действием кристаллизационного давления растущих кристаллов льда по направлению к резервным порам, в результате чего гидростатическое давление в жидкости повышается.


28

Следовательно, при неравномерном распределении резервных пор и увеличении расстоя-ния между ними процесс замораживания бетона может сопровождаться локальным нарушением его сплошности и образованием микротрещин в цементном камне (бетоне) под действием напря-жений, обусловленных гидростатическим давлением жидкости, передающимся на стенки капилля-ров Цементного камня.

При одной и той же условно-замкнутой пористости бетона степень равномерности распреде-ления резервных пор по объему тем выше, чем меньше их размеры.

Как отмечалось выше, при замораживании бетона в процессе образования и роста кристал-лов льда остающаяся жидкость находится под некоторым гидростатическим давлением, которое передается на стенки заполненных водой капилляров и на оболочки, блокирующие резервные по-ры, вызывая в цементном камне возникновение растягивающих напряжений. При недостаточной прочности цементного камня возможно постепенное локальное разрушение стенок капилляров, а также блокирующих резервные поры оболочек, в результате чего при многократном замораживании и оттаивании бетон разрушается раньше, чем резервные поры полностью заполнятся водой или льдом. Другими словами, морозостойкость бетона при данной резервной пористости могла быть существенно больше, если бы цементный камень обладал более высокой прочностью. Из выше-описанного механизма разрушения бетона при многократном замораживании и оттаивании в насы-щенном водой состоянии следует, что в структуре морозостойкого бетона должны присутствовать в необходимом количестве резервные поры, а структурные компоненты бетона — цементный камень и заполнители, а также контактная зона по поверхности их раздела должны обладать необходимой прочностью.

С течением времени в условиях продолжающейся гидратации цемента наиболее узкие ка-пилляры заполняются продуктами гидратации цемента, и система капиллярных пор в бетоне ста-новится условно-дискретной, т. е. отдельные капилляры оказываются взаимосвязанными друг с другом только через поры цементного геля. Чем ниже водоцементное отношение, чем меньше средний радиус начальных капилляров, тем больше возможность их разделения цементным гелем в процессе гидратации цемента с образованием условно-дискретной системы порового пространст-ва. Очевидно, что чем ниже начальное водоцементное отношение, тем большая часть пор будет блокирована цементным гелем и перейдет в разряд резервных пор. При больших водоцементных отношениях начальные капилляры имеют такие размеры, что и в своих узких сечениях не могут полностью заполняться продуктами гидратации цемента, а следовательно, остаются непосредст-венно связанными друг с другом. Бетоны с таким строением порового пространства характеризуют-ся большой проницаемостью, и в них по причинам, описанным выше, невозможно образование ре-зервных пор.

С увеличением водоцементного отношения возрастает общая пористость бетона; при этом чем выше В/Ц, тем меньше разница между общей и интегральной пористостью из-за большей про-ницаемости системы капиллярных пор и тем больше водопо-глощение бетона, а, следовательно, и количество воды, способной при замораживании переходить в твердое агрегатное состояние. Вид вяжущего и его активность. При прочих равных условиях морозостойкость бетона возрастает при замене пуццоланового цемента или шлакопортландцемента на портландцемент, а также при уве-личении марки (активности) применяемого цемента. Резервная пористость бетона на начальном этапе формирования его структуры тем выше, чем больше химическая контракция в процессе гид-ратации цемента. Химическая контракция пропорциональна массе клинкера, вступившей в реакции с водой, а, следовательно, в бетонах на смешанных цементах в сравнении с бетонами на чисто-клинкерных портландцементах при прочих равных условиях меньше резервная пористость, опре-деляющая морозостойкость бетона. Очевидно, что между химической контракцией цемента и моро-зостойкостью бетона существует определенная связь, на что впервые обратил внимание в своих работах по долговечности бетона С. В. Шестоперов. Низкая морозостойкость бетонов на пуццола-новом портландцементе в сравнении с бетонами на портландцементе обусловлена также высокой водопотребностыо пуццо-панового портландцемента, особенно с минеральными добавками оса-дочного происхождения (трепел, диатомиты и др.), что предопределяет более высокую пористость бетона, а, следовательно, и большее содержание в единице его объема воды, способной при замо-раживании образовывать кристаллы льда. Условия твердения бетона. Морозостойкость бетона существенно зависит от условий его твердения, так как при прочих равных условиях она тем выше, чем большая часть цемента вступила в реакции с водой.

При благоприятных условиях твердения цемента, исключающих испарение воды на началь-ном этапе формирования структуры бетона, достигается наибольшая степень гидратации цемента в бетоне, и создаются более благоприятные условия для образования резервных пор. Возраст бе-тона к моменту замораживания. В условиях продолжающейся гидратации цемента морозостойкость бетона повышается с увеличением его возраста к моменту замораживания, так как при этом повы-шается степень гидратации цемента и уменьшается его общая и интегральная пористость. Струк-турная плотность свежеуложенной бетонной смеси. Чем выше коэффициент структурной плотности уплотненной бетонной смеси, тем меньше пористость бетона. Все факторы, от которых зависит этот коэффициент, такие, как принятые режимы уплотнения бетонной смеси, качество подбора со-става бетона и др., будут определять при прочих равных условиях и морозостойкость бетона. По-верхностно-активные вещества ПАВ и воздухово-влёкающие добавки, вводимые в цемент или в воду затворения. Морозостойкость бетона можно существенно повысить путем введения в бетон-ную смесь воздухово-влекающих добавок, способствующих образованию в уплотненной бетонной смеси, а затем и в твердеющем бетоне пор, заполненных воздухом. Однако положительное влия-


29

ние вовлеченного воздуха на морозостойкость бетона может проявиться только в том случае, если эти воздушные поры при замораживании бетона будут выполнять роль резервных пор. Необходи-мым условием для перехода воздушных пор в разряд резервных является образование вокруг них оболочек из цементного геля, придающих им способность не заполняться водой при погружении бетона в воду. Очевидно, что вовлеченный воздух в виде мельчайших воздушных пузырьков дол-жен располагаться в цементном тесте, характеризующемся достаточной вязкостью, при которой исключается возможность слияния мелких воздушных пузырьков в более крупные.

Следовательно, положительное влияние вовлеченного воздуха на морозостойкость бетона может проявиться только при достаточно высокой начальной вязкости бетонной смеси (низкое зна-чение В/Ц и повышенный расход цемента) и при высокой активности цемента, обеспечивающего относительно быстрое блокирование воздушных пузырьков цементным гелем (продуктами гидрата-ции цемента). Степень эффективности воздухововлекающих добавок на морозостойкость бетона существенно зависит и от принятых режимов уплотнения бетонной смеси, при которых исключалась бы возможность слияния воздушных пузырьков в более крупные. Вовлеченный в бетонную смесь воздух при определенных условиях может оказать благоприятное влияние на строение резервных пор, образующихся вследствие химической контракции твердеющего цемента, так как он будет спо-собствовать более равномерному их распределению по объему цементного камня.

Положительное влияние вводимых в бетонные смеси поверхностно-активных веществ ПАВ обусловлено также и тем, что большинство из них пластифицирует бетонную смесь, а, следова-тельно, предопределяет возможность получения бетонных смесей требуемой удобоукладываемо-сти (подвижности) при меньшем расходе воды на 1 м3 бетона. Качество мелкого и крупного запол-нителей. К мелкому и крупному заполнителям для морозостойкого бетона предъявляется ряд до-полнительных требований, важнейшими из которых являются высокая морозостойкость самих зе-рен заполнителей и отсутствие или ограниченное содержание вредных примесей, в частности гли-нистых, повышающих водопотребность бетонных смесей или снижающих прочность сцепления зе-рен с цементным камнем.

Таким образом, морозостойкость бетонов зависит от целого ряда факторов. К их числу в первую очередь относятся: начальное водоцементное отношение; вид вяжущего и его активность; условия твердения цемента; возраст бетона к моменту замораживания; структурная плотность све-жеуложенной бетонной смеси; поверхностно-активные вещества ПАВ и воздухо-вовлекающие до-бавки, вводимые в цемент или в воду затворения; качество мелкого и крупного заполнителей.

Водоцементное отношение. При прочих равных условиях с увеличением водоцементного от-ношения В/Ц морозостойкость бетона уменьшается. Как уже отмечалось выше, на начальном этапе формирования структуры цементного камня в бетоне образуется система взаимосвязанных пор и капилляров, заполненных водой затворения. Чем ниже начальное водоцементное отношение, тем меньше средний радиус капилляров.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ШПАЛ

Ильина Е.В., студент Научный консультант - д.т.н., профессор Кондращенко В.И.

Шпалы из предварительно напряженного железобетона в настоящее время широко распро-

странены во многих странах. Так, на железных дорогах мира уложено примерно 3 млрд. шпал, из которых 20% – железобетонные. В России при общемировом производстве железобетонных шпал около 20 млн. шт./год годовая в них потребность составляет 8,6 млн.

Администрации железнодорожной инфраструктуры – покупатели шпал, ужесточают требова-ния к ним в соответствии с условиями эксплуатации и с учетом экономической эффективности, а компании-поставщики в целях удовлетворения этих требований заинтересованы в разработке и внедрении современных технологий изготовления железобетонных шпал. Железобетонные шпалы применяются уже в течение более 50 лет и в ряде стран почти полностью вытеснили деревянные. Их технико-эксплуатационные преимущества основаны не только на более высокой несущей способно-сти, но и на большем сроке службы. Расчетный срок службы железобетонных шпал составляет 50 лет, в то время как деревянных – всего 15-20 лет.

Актуальность применения новых материалов и совершенствование технологии изготовления брусковых изделий определяется не только значительной стоимостью эксплуатируемых изделий (на железных дорогах России уложено свыше 250 млн. деревянных и 120 млн. железобетонных шпал), но и последствиями от применения нерациональных конструкций и материалов, приводящих к повышен-ному износу подвижного состава, затратам на содержание железнодорожного пути, и необратимым экологическим изменениям при вырубке лесов.

Поэтому снижение стоимости железобетонных шпал, расширение сырьевой базы и совер-шенствование технологии изготовления имеют большое народнохозяйственное значение. В связи с этим создание безвибрационной технологии изготовления железобетонных шпал, отличающейся от


30

традиционной тем, что вместо виброуплотнения формование шпал производится за счет силового набрызга бетонной смеси, осуществляемого двумя встречно вращающимися роторами, представ-ляется важной инновационной разработкой.

Первоначально проанализируем существующие технологии изготовления железобетонных шпал.

Условия эксплуатации железобетонных шпал в железнодорожном пути определяют чрезвы-чайно высокие требования к технологии их изготовления, в частности, к бетонной смеси – по одно-родности ее свойств к бетону, который уже через несколько часов должен обладать высокой пере-даточной прочностью, к соблюдению геометрии изделий – особенно в зонах опирания рельсов, и ряд других требований, более жестких, чем для обычных железобетонных конструкций.

Это предопределило разнообразие способов производства предварительно напряженных железобетонных шпал, среди которых преимущественно используется четыре технологии – кару-сельная (натяжение арматуры передается на короткие формы-кассеты, перемещающиеся по тех-нологической линии), линейная (стендовая), немедленной распалубки (натяжение арматуры пере-дается через каналы в шпале на в затвердевший бетон), и агрегатно-поточная (натяжение армату-ры передается с длинных десятиместных форм или более коротких рам уже на затвердевший бе-тон).

Карусельная технология предусматривает укладку бетонной смеси в формы, уплотнение и извлечение из форм готовых шпал только после того, как бетон достигнет прочности, достаточной для приложения сил предварительного натяжении. Этот процесс осуществляется с применением индивидуальных или кассетных форм, вмещающих до шести шпал.

Предварительное натяжение арматуры осуществляется с передачей усилий от механизма натяжения непосредственно на шпалу, которое обеспечивается за счет сцепления арматуры с бе-тоном. При этом упоры снимаются немедленно после извлечения шпалы из формы. Формы распо-лагаются на карусельной транспортной системе, последовательно перемещаясь в ходе выполне-ния отдельных технологических операций, и используются повторно после извлечения готовых шпал. В таком непрерывном производственном процессе требуется относительно большое число форм.

Линейная (стендовая) технологическая линия представляет собой цепочку последователь-но расположенных форм общей длиной более 100 м. Специальные устройства закрывают торцевые части форм.

Усилия предварительного натяжения передаются на арматуру через упоры по концам стен-да. Когда бетон приобретает достаточную прочность, усилия натяжения с упоров снимаются, и они передаются непосредственно на бетон шпалы. Все это время формы остаются на стенде. Пере-водные брусья также изготавливаются на аналогичных стендах, а отличие состоит в том, что вме-сто форм используются заранее подготовленные поддоны соответствующей конфигурации с вмон-тированными точками закрепления для рельсовых скреплений.

Метод немедленной распалубки предусматривает формовку бетонной смеси, ее виброуп-лотнение, снятие формы через короткий промежуток времени и извлечение из незатвердевшего бетона шаблонов, определяющих положение арматуры в форме. По достижении бетоном доста-точной прочности в шпалы вводят металлические стержни, прикладывают к ним растягивающие усилия и создают напряжение в бетоне с помощью концевых анкеров. Преимуществом такой тех-нологии является ее низкая металлоемкость, так как извлеченные из форм шпалы находятся на промежуточном складе до завершения процесса приложения напряжения, а на линии требуется незначительное количество форм.

Агрегатно-поточную технологию различают с немедленным снятием форм с уплотнен-ного бетона и последующим их снятием с уже затвердевшего бетона. В первом случае натяжение арматуры при твердении бетона фиксируется на специальных рамах и затем передается с рам на шпалы после достижения им достаточной прочности. По этой технологии обеспечивается снижение металлоемкости, так как на промежуточном складе находятся до набора передаточной прочности бетона только рамы со шпалами.

В России и странах СНГ согласно ВСН-81 железобетонные шпалы изготавливают по агре-гатно-поточной технологии в двухручьевых десятиместных формах посредством виброуплотнения бетонной смеси и последующей тепловлажностной обработки бетона. Предварительное натяжение арматурной проволоки фиксируется на формах и передается на бетон после достижения им пере-даточной прочности.

Технологии с задержкой снятия форм обладают преимуществами в отношении немедленной распалубки, поскольку в зависимости от используемой вибрационной техники позволяют применять бетонные смеси широкого спектра удобоукладываемости – от жестких, до самоуплотняющихся. Это обеспечивает большую производственную гибкость с точки зрения изготовления и доставки бетона. С другой стороны, технологии с немедленным снятием форм, требующие использования очень же-стких бетонных смесей с быстрым достижением нужной прочности, связаны с ограничениями про-должительности доставки бетона и его уплотнения. Однако немедленное снятие форм на деле да-ет существенные преимущества в отношении гибкости производства и применения небольшого числа форм.

Необходимо отметить, все виды существующих технологий изготовления железобетонных шпал относятся к вибрационным.

Как показали результаты обследований заводов железобетонных шпал, при виброуплотне-нии жестких бетонных смесей в длинномерных формах возникают не только предельно высокие


31

для человека вибрационные нагрузки, но и не обеспечиваются стабильные показатели качества изготавливаемых шпал. Вследствие неоднородности амплитуды колебаний отдельных точек фор-мы наблюдается недоуплотнение бетонной смеси в изделиях, образование “барашков” в процессе уплотнения и раковин на поверхности изделий.

Альтернативой вибрационному способу формования подрельсовых оснований может слу-жить технология механического торкретирования бетонной смеси – ротационная технология, в ко-торой метание смеси в металлическую форму осуществляется специальными устройствами в виде цилиндров с расположенными вдоль их образующих лопастями (рис. 1).

К преимуществам ротационной технологии относятся возможность уплотнения жестких и свехжестких бетонных смесей (от 30 с до 100 с и более), обеспечение долговечности бетона изде-лий (марка по морозостойкости F300 и выше), высокая производительность (до 250 м3/ч), отсутст-вие вибрации, низкие энергозатраты (0,4-0,6 кВт⋅ч/м3) и металлоемкость.

По предлагаемой перспективной ротационной технологии изготовления железобетонных шпал бетонная смесь уплотняется в шпальной форме метательной головкой, роторы которой 1 и 2 оснащены эластичными трубчатыми элементами 3. Изготовление шпал 5 в форме 13 производится метанием в нее защемленных в полостях 4 между роторами элементарных порций бетонной смеси. Такая конструкция метательной головки в значительной степени снижает поток воздуха, и отскок бетонной смеси, по сравнению с лопастными роторами.

Для равномерного поступления материала в зону метания в конструкции формующего узла ис-пользуется система подачи бетонной смеси с повышенной точностью дозирования, состоящая из расходного бункера 6 с регулирующей заслонкой 7, ленточного транспортера 8 и калибрующего бара-бана 9. Кроме того, для ограничения бокового рассеивания сырьевой смеси барабан 10 и ротор 1 снабжены ребордами 11. Вместо 44-х струн армирование шпалы выполняется четырьмя стержнями 15 из высокопрочной арматуры периодического профиля.

Вода затворения вводится в два этапа: на первом − при смачивании сухих компонентов пе-ред подачей в бункер 6 для устранения их пыления, и на втором − при подаче воды форсунками 12 непосредственно в зону дискретного потока компонентов бетонной смеси 14. Подача воды непо-средственно в зону формования позволяет снизить водоцементное отношение за счет исключения “избыточной” (сверх необходимой для гидратации цемента) воды, вводимой для обеспечения тре-буемой удобоукладываемости бетонной смеси.

Рис. 6. Схема формования железобетонных шпал эластично-трубчатыми роторами (см. текст)

Для практической реализации высокопроизводительной ротационной технологии линия формо-

вания железобетонных шпал включает участок укладки в многоместную форму бетонной смеси и одно-временного ее уплотнения посредством роторного бетоноукладчика, который перемещается по рель-сам.

В дополнение к увеличению производительности, улучшению условий труда, многократному снижению уровня шума и исключению вибрации к достоинствам высокомеханизированной ротационной технологии относятся повышение эксплуатационных свойств бетона (особенно морозостойкости), снижение расхода цемента, уменьшение износа оборудования и сокращение численности работающих на линии. Однако изготовление железобетонных шпал по ротационной технологии связано с необходимостью проведения дополнительных исследований, связанных с необходимостью определения рациональ-ных параметров ротационного метателя и режимов ротационного уплотнения бетонной смеси, что может быть наиболее эффективно выполнено путем имитации процессов ротационного уплотнения с проведением вычислительного эксперимента на математической модели


32

МОДЕЛЬ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК

АРБОЛИТА И БИОПЛАСТИКА Кендюк А.В., Тарарушкин Е.В., аспиранты Научный руководитель - д.т.н., профессор Кондращенко В.И.

Арболит и биопластик можно отнести к квазиортотропным материалам, в которых свяжем непод-

вижные оси координат Oxyz с основными направлениями нагрузки, а с каждой i-ой древесной час-тицей соотнесем местную систему координат Xi, Yi, Zi, оси которой являются осями упругой симмет-рии древесины (рис. 1). Обозначим также осевое направление Xi под осью №1, радиальное направ-ление Yi под осью №2), тангенциальное направление Zi под осью №3 (рис. 2). Для получения осред-ненных упругих характеристик арболита определим направляющие косинусы углов между осями неподвижной и местной систем координат.

Нами предлагается система углов для определения положения древесной щепки-пластинки, аналогичная углам Эйлера.

Переход от системы OXiYiZi к системе Oxyz представим следующим образом (рис. 3). В на-чальном положении Yi – в 1-ом октанте, Xi – в плоскости П, Zi – за плоскостью YOZ. При этом пре-образования осей выполняется по следующим правилам:

а) поворот вокруг оси Xi на угол φ так, чтобы Yi→Yi' – в плоскости YOZ, Zi→Zi' перпендикуляр-но П в плоскости ZOX;

б) поворот вокруг оси Zi' на угол ψ так, чтобы Xi→Xi'' (лежит на пересечении плоскостей П и ZOX), Yi'→Y (лежит в плоскости П и занимает положение OY);

в) поворот вокруг оси Y на угол θ так, чтобы Xi''→X, Zi→Z.

Рис. 2. Оси координат №1, №2 и №3

Введем орты координатных осей обеих систем: i , j , k – для основной системы, i ', j ', k ' – для местной системы. Концам ортов соответствуют точки А, В, С и А', В', С'.

Направляющие косинусы Lmn будем определять с использованием теоремы косинусов (табл.

1). Например, L22 = cos(Yi^Y) находим из соотношения: ( BB ')2 = (OB ')2 + OB 2 – 2*OB*OB'*cos(Yi^Y).

Поскольку OB = 'OB =1; cos(Yi^Y) = 1 – ( 'BB )2/2.

Остается найти координаты точек B и B' в основной системе координат и вычислить расстоя-ние между ними. Поскольку координаты точек A, B, C известны (A(1,0,0); B(0,1,0); C(0,0,1)), нужно найти координаты точек A',B',C' с помощью углов φ, ψ, θ.

1. Точка A'. По схеме (рис. 3) видно:

X'A = cosψ*cosθ; Y'A = sinψ; Z'A = -cosψ*sinθ.

2. Точка B'. Разложим вектор 'OB = 'OB i + OD . YBi’ = cosφ*cosψ; XBi’ = -cosφ*sinψ*cosθ; ZBi’ = cosφ*sinψ*sinθ; YD = 0; XD = sinφ*sinθ; ZD = sinφ*cosθ; OB'X = OB'iX + ODX; OB'Y = OB'iY + ODY; OB'Z = OB'iZ + ODZ. XB’ = sinφ*sinθ - cosφ*sinψ*cosθ; YB’ = cosφ*cosψ; ZB’ = sinφ*cosθ + cosφ*sinψ*sinθ.

Рис. 1. Взаимосвязь осей координат Oxyz и Xi, Yi, Zi для древесной щепы


33

'K 'ii

K 'j

j

Рис. 3. Схема совмещения осей координат

3. Точка C'. Разложим вектор 'OC = 'OC i + OE (точка E – на оси Yi' в плоскости П, точка Ci' – на оси Zi' в плоскости YOZ). OCi' = k*cosφ = cosφ; OE = k*sinφ = sinφ; YCi’ = 0; XCi’ = cosφ*sinθ; ZCi’ = cosφ*cosθ; YE = -sinφ*cosψ; XE = sinφ*sinψ*cosθ; ZE = -sinφ*sinψ*sinθ; OC'X = OC'iX + OEX; OC'Y = OC'iY + OEY; OC'Z = OC'iZ + OEZ. Y'C = -sinφ*cosψ; X'C = cosφ*sinθ + sinφ*sinψ*cosθ; Z'C = cosφ*cosθ – sinφ*sinψ*sinθ.

Теперь можно найти длины отрезков AA', AB', AC',…CC'. Очевидно, отрезки A'B', B'C', A'C' должны равняться 2, что будет означать, что соответст-

вующие косинусы равны нулю и оси OXi, OYi, OZi: взаимно перпендикулярны. В этом убеждаемся непосредственной проверкой.

( )'AA 2 = (XA – XA')2 + (YA – YA')2 + (ZA – ZA')2 = 2*(1 – cosψ*cosθ); (AB')2 = 2*(1 + cosφ*sinψ*cosθ – sinφ*sinθ); (AC')2 = 2*(1 – cosφ*sinθ – sinφ*sinψ*cosθ); (BA')2 = 2*(1 - sinψ); (BB')2 = 2*(1 – cosφ*cosψ); (BC')2 = 2*(1 + sinφ*cosψ); (CA')2 = 2*(1 + cosψ*sinθ); (CB')2 = 2*(1 – sinφ*cosθ – cosφ*sinψ*sinθ); (CC')2 = 2*(1 – cosφ*cosθ + sinφ*sinψ*sinθ).

Отсюда находим направляющие косинусы (табл. 1): L11 = cos (X^Xi) = cosψ*cosθ; L12 = cos (X^Yi) = sinφ*sinθ – cosφ*sinψ*cosθ; L13 = cos (X^Zi) = cosφ*sinθ + sinφ*sinψ*cosθ; L21 = cos (Y^Xi) = sinψ; L22 = cos (Y^Yi) = cosφ*cosψ; L23 = cos (Y^Zi) = -sinφ*cosψ; L31 = cos (Z^Xi) = -cosψ*sinθ; L32 = cos (Z^Yi) = sinφ*cosθ + cosφ*sinψ*sinθ; L33 = cos (Z^Zi) = cosφ*cosθ – sinφ*sinψ*sinθ.

Отметим, что направляющие коси-нусы можно найти проще, путем скаляр-ного умножения ортов. Например, L11 =

cos (X^Xi) = OA * 'OA , L12 = cos (X^Yi) =

OA * 'OB и т.д. В этом случае изложен-ный выше способ будет проверочным.

Следуя [1], установим связь между компонентами тензоров напряжений и деформаций в основной системе коорди-нат, базируясь на аналогичных соотно-шениях в местной системе координат, для которых используется обобщенный закон Гука.

Связь между компонентами напряжений в двух системах: δJiKi = δi

mn * Ljm*Lkn , (1) (δi

mn – напряжение в основной системе для i-ой частицы, δJiKi – напряжения в местной системе для i-ой частицы).

Обратные зависимости имеют вид:

Таблица 1 Направляющие косинусы

X Y Z

Xi L11 L21 L31

Yi L12 L22 L32


34

δijk = δMiNi*Lkm*Ljn. (2)

Зависимости между компонентами тензора деформаций в двух системах координат: прямая: εJiKi = εi

mn*Ljm*Lkn; (3) обратная εi

jk = εMiNi*Lkm*Ljn. (4) Обобщенный закон Гука в основной системе:

εJiKi = ajkmn*δMiNi. (5) Обратная зависимость:

δJiKi = Ajkmn*εMiNi. (6) Подставив (3) в (6) и полученный результат (2), находим:

δiJiKi = Ajkmn*L2

jn*L2km*εi

mn. (7) и обратная зависимость:

εijk = ajkmn*L2

jn*L2km* δi

mn. (8) Для определения осредненных упругих характеристик текстуры древесных частиц использу-

ется две гипотезы: Фойгта, согласно которой деформированное состояние древесных частиц такое же, как и у всего композита, поэтому приравниваются компоненты тензора деформаций частицы и текстуры в каждой точке, и Pейсса, согласно которой приравниваются компоненты тензора напря-жений частицы и текстуры.

Пусть δx, δy, δz, τzy, τzx, τxy (или δjk) – осредненные компоненты тензора напряжений для всего конгломерата разбросанных частиц относительно основной системы координат, а εx, εy, εz, γzy, γzx, γxy (или εjk) – осредненные компоненты тензора деформаций для компонента относительно тех же осей.

На основании гипотезы Фойгта εjk = εjk(i).

Связь между напряжениями и деформациями для конгломерата запишется в виде:

δx = A 11*εx + A 12*εy + A 13* εz; τzy = A 44*γzy;

δy = A 21* εx + A 22* εy + A 23* εz; τzx = A 55*γzx; (9)

δz = A 31* εx + A 32* εy + A 33* εz; τxy = A 66*γxy,

(здесь A jk – осредненные физические модули упругости). Если распределение положений древесных частиц в пределах некоторых углов считать рав-

номерным, то величина A jk определяются как математические ожидания величин Aijk

Aijk = Ajkmn*L2

jn*L2km. (10)

т.е.,

A jk = <Aijk> = (1/ φoθoψo) ∫

/2

−

o

o

ϕ

ϕ 2/∫

−

2/

2/

o

o

ψ

ψ∫

−

2/

2/

o

o

θ

θ

Aijkdφdψdθ. (11)

Если от тензорной записи (10) перейти к матричным обозначениям, то получим: Ai

11 = A11*L411 + A13*L4

13 + A12*L412;

Ai12 = A66 (L2

11*L222 + L2

12*L221);

Ai13 = A55 (L2

11*L233 + L2

13*L231);

Ai22 = A21*L4

12 + A22*L422 + A23*L4

23; (12) Ai

23 = A44 (L222*L2

33 + L223*L2

32); Ai

33 = A31*L431 + A32*L4

32 + A33*L433.

Численные значения физических модулей упругости для различных пород древесины приведены в табл. 2 [1].

Таблица 2

Значения физических модулей упругостей, МПа Порода A11 A22 A33 A12 A13 A23 A44 A55 A66Ель 14563 673 407 449 269 175 35 416 645 Сосна 12080 822 664 477 439 362 67 690 1180 Пихта 13589 1232 640 751 513 423 150 760 950 Береза 17519 1670 931 1148 771 704 190 1040 1095 Ясень 17296 2191 1164 1527 1033 852 285 1000 1310 Бук 15810 3449 1736 2265 1522 1376 470 950 1970 Дуб 17227 2160 1555 2302 2070 1134 440 910 1320

При предположении, что материал квазиортотропный, остальные физические модули упругости должны равняться нулю.

1 2 3 4 5 6 1 A11 A12 A13 0 0 0 2 A22 A23 0 0 0 3 A33 0 0 0 4 A44 0 0 5 A55 0 6 A66


35

После вычисления A jk можно определить технические упругие постоянные для древесины, т.е. Ejk, Gjk, νjk. Для этого определяются осредненные значения коэффициентов податливости:

a jk - ∆jk/Δ , (13)

где Δ – определитель, составленный из оcреднённых физических модулей упругости, ∆jk – алгеб-раическое дополнение элемента:

333231

232221

131211

AAAAAAAAA

=Δ , (13а)

при этом A jk = A kj.

Зная a jk, находим модуль Юнга, модули сдвига и коэффициенты Пуассона:

E 11 = 1/ a 11; E 22 = 1/ a 22; E 33 = 1/ a 33;

E 11/ν12 = E 22/ν21 = -1/ a 21 = -1/ a 12;

E 22/ν23 = E 33/ν23 = -1/ a 23 = -1/ a 3; (13б)

E 11/ν13 = E 33/ν31 = -1/ a 13 = -1/ a 31;

G 23 = 1/ a 44; G 13 = 1/ a 55; G 12 = 1/ a 66. Осреднение по Фойгту дает верхнюю границу осредненных значений упругих постоянных. Ниж-

няя граница определяется по методу Рейсса (где предполагается равенство компонентов тензоров напряжений частицы и конгломерата, т.е. δi

jk = δjk). Закон Гука в этом случае запишем в форме:

εx = a 11*δx + a 12*δy + a 13*δz; γzy = a 44*τzy;

εy = a 21*δx + a 22*δy + a 23*δz; γzx = a 55*τzx; (14)

εz = a 31*δx + a 32*δy + a 33*δz; γxy = a 66*τxy.

(здесь a jk – осредненные коэффициенты податливости (они не совпадают с коэффициентами, по-лученными по методу Фойгта)).

В предположении, что разброс частиц равномерный, a jk определяется как математические ожидания:

a jk = <aijk> = (1/ φoθoψo ) ∫

/2

−

o

o

ϕ

ϕ 2/∫

−

2/

2/

o

o

ψ

ψ∫

−

2/

2/

o

o

θ

θ

aijkdφdψdθ, (15)

где aijk = ajkmn*L2

jn*L2km. (16)

Матричная запись этой формулы совершенно аналогична формулам для Aijk (12). Значения

коэффициентов ajk (элементов матрицы податливости) также приведены в [1].

После вычисления величин a jk могут быть определены технические упругие постоянные (Ejk, Gjk, νjk) по формулам (13) – это осреднение по Рейссу.

Отмечено, что лучшие согласования с экспериментом получается при осреднении по Хиллу. По-следнее заключается в том, что из технических упругих постоянных, вычисленных по методам Фойгта и Рейсса, определяются их средние значения.

При учете упругих свойств связующего (матрицы) полагаем, что матрица выполнена из од-нородного изотропного материала.

Компоненты тензоров деформаций и напряжений связаны законом Гука: δc

x = (λc + 2μc)*εcx + λc*(εc

y + εcz); τc

zy = μc*γczy;

δcy = (λc + 2μc)*εc

y + λc*(εcx + εc

z); τczx = μc*γc

zx; (17) δc

z = (λc + 2μc)*εcz + λc*(εc

x + εcz); τc

xy = μc*γcxy.

(здесь λс, μс – постоянные Ляме связующего). С технически упругими постоянными они связаны соотношениями:

λс = Ecνc/(1-νc)*(1-2*νc); (18) μc = Ec/2*(1+νc) <=G>.

Для определения технических упругих постоянных всего композита, рассматриваются специ-альные напряженно-деформированные состояния. Для получения модуля Юнга 1-ого рода (E11) в направлении оси OX рассмотрим одноосное напряженное состояние при растяжении материал вдоль OX. При этом в композите возникнут напряжения только δx. Используя правило смесей, усло-вия равновесия элемента композита запишем в виде:

fgδgx + fcδc

x = foδx; fgδg

y + fcδcy = 0; (19)

fgδgz + fcδc

z = 0


36

(здесь fg, fc, fo – площади древесины, связующего и всего элемента на срезе, перпендикулярном OX).

Если ввести коэффициент относительности заполнения древесной в композите γ = fg/fo ≈ Vg/Vo, где Vg, Vo – объем древесины в элементе и самого элемента, то получим:

γδgx + (1-γ)*δc

x = δx; γδg

y + (1-γ)*δcy = 0; (20)

γδgz + (1-γ)*δc

z = 0. Компоненты тензора деформаций древесины и связующего определяют из выражений:

ε∂ x = (1/E∂ 11)*(δ∂ x - ν∂ 12 *δ∂ y - ν∂ 13 *δ∂ z); ε∂ y = (1/E∂ 11)*(-ν∂ 21*δ∂ x + δ∂ y - ν∂ 23 *δ∂ z); (21)

ε∂ z = (1/E∂ 11)*(- ν∂ 31* δ∂ x - ν∂ 32* δ∂ y + δ∂ z). εc

x = (1/Ec)*(δcx – νc *δc

y – νc*δcz);

εcy = (1/Ec)*(- νc*δc

x + δcy – νc*δc

z); (22) εc

z = (1/Ec)*(- νc* δcx – νc* δc

y + δcz).

Предполагая равенство деформаций компонентов и всего композита в целом, запишем: ε∂ x = εc

x = εx; ε∂ y = εcy = εy; ε∂ z = εc

z = εz; (23) Решив совместно уравнения (20), (21), (22), (23), найдем выражения для модуля упругости

композита E11 и коэффициентов Пуассона νjk композита. Для этого разрешаем уравнения (21) и (22) относительно напряжений δ∂ jk, δc

jk (напрямую пользоваться уравнениями (9) неудобно, т.к. технические упругие постоянные выражаются через ко-

эффициенты a jk, а не A jk). Полученные выражения для напряжений подставим в уравнения равновесия (20). Первое из них служит для определения E11, остальные два – для установления связи между

деформациями εx, εy, εz. Определитель системы уравнений (21):

1---1---1

3231

2321

1312

∂∂

∂∂

∂∂

∂ =Δνν

νννν

. (24)

Частные определители этой системы (здесь учтено, что ε∂ x = εx, ε∂ y = εy, ε∂ z = εz):

( ) ( ) ( )[ ]∂∂∂∂∂∂∂∂∂

∂

∂

∂∂

∂∂ ∗++∗++∗−⋅=∗=Δ 231213321312322311

32

23

1312

11 11-

-1--

νννενννεννενε

νεννε

zyx

z

y

x

X EE ,(25)

( ) ( ) ( )[ ]∂∂∂∂∂∂∂∂∂

∂

∂∂

∂

∂∂ ∗++∗−+∗+⋅=∗=Δ 132123311323312111

31

2321

13

11 11-

---1

νννεννενννεεν

νεννε

zyx

z

y

x

Y EE ,(26)

( ) ( ) ( )[ ]∂∂∂∂∂∂∂∂∂

∂∂

∂

∂

∂∂ ∗−+∗+++∗⋅=

−

−∗=Δ 211231123231322111

3231

21

12

11 1-

1-1

ννενννενννεεννενεν

zyx

z

y

x

Z EE ,(27)

Компоненты тензора напряжений для древесины теперь равны:

δ∂ x = Δ ∂ X/Δ ∂ = (E∂ 11/Δ ∂ )*[(25)], δ∂ y = Δ ∂ Y/Δ ∂ = (E∂ 11/Δ ∂ )*[(26)], (28)

δ∂ z = Δ ∂ Z/Δ ∂ = (E∂ 11/Δ ∂ )*[(27)]. Аналогичные выражения для связующего:

32 2311

11

νννν

νννν

−−=−−

−−−−

=Δ

СС

СС

СС

С , (29)

Δ сx = Ec11*[(1 – ν2

c)*εx + (νc + ν2c)*(εy + εz)], (30)

Δ сy = Ec11*[(1 – ν2

c)*εy + (νc + ν2c)*(εx + εz)], (31)

Δ сz = Ec11*[(1 – ν2

c)*εz + (νc + ν2c)*(εy + εx)]. (32)


37

δcx = Δ cx/Δ c = (Ec

11/Δ c)*[(30)]; δc

y = Δ cy/Δ c = (Ec11/Δ c)*[(31)]; (33)

δcz = Δ cz/Δ c = (Ec

11/Δ c)*[(32)]. Обозначим коэффициенты при εj в выражениях (25), (26), (27):

1 - ν∂ 223 =b11; ν∂ 12 + ν∂ 13*ν∂ 32 = b12; ν∂ 13 + ν∂ 12*ν∂ 23 = b13;

ν∂ 21 + ν∂ 31*ν∂ 23 = b21; 1 - ν∂ 213 =b22; ν∂ 23 + ν∂ 21*ν∂ 13 = b23; (34)

ν∂ 31 + ν∂ 21*ν∂ 32 = b31; ν∂ 32 + ν∂ 12*ν∂ 31 = b32; 1 - ν∂ 212 =b33.

Тогда: δ∂ x = (E∂ 11/Δ ∂ )* (εx*b11 + εy*b12 + εz*b13);

δ∂ y = (E∂ 11/Δ ∂ )* (εx*b21 + εy*b22 + εz*b23); (35) δ∂ z = (E∂ 11/Δ ∂ )* (εx*b31 + εy*b32 + εz*b33).

Если еще обозначить (для связующего) d1 = 1 – ν2

c; d2 = νc + ν2c, (36)

то выражения для напряжений примут вид: δсx = (Eс/Δ с)* (d1*εx + d2*(εy + εz));

δсy = (Eс/Δ с)* (d1*εy + d2*(εx + εz)); (37) δсz = (Eс/Δ с)* (d1*εz + d2*(εx + εy))

Представим полученные выражения для напряжений в уравнения равновесия (20) (учитывая, что δx = εx*E11): (γ E∂ 11/Δ ∂ )* (εx*b11 + εy*b12 + εz*b13) + (1 - γ) (Eс/Δ с)* (d1*εx + d2*(εy + εz)) = εx*E11; (γ E∂ 11/Δ ∂ )* (εx*b21 + εy*b22 + εz*b23) + (1 - γ) (Eс/Δ с)* (d1*εy + d2*(εx + εz)) = 0; (38) (γ E∂ 11/Δ ∂ )* (εx*b31 + εy*b32 + εz*b33) + (1 - γ) (Eс/Δ с)* (d1*εz + d2*(εx + εy)) = 0.

C помощью 2-ого и 3-его уравнений (38) выражаем εy и εz через εx: εx*p + εy*q + εz*r = 0; (39) εx*s + εy*t + εz*u = 0.

Здесь обозначено: p = (γ E∂ 11/Δ ∂ )*b21 + (1 - γ) (Eс/Δ с)*d2; q = (γ E∂ 11/Δ ∂ )*b22 + (1 - γ) (Eс/Δ с)*d1;

r = (γ E∂ 11/Δ ∂ )*b33 + (1 - γ) (Eс/Δ с)*d2; (40) s = (γ E∂ 11/Δ ∂ )*b31 + (1 - γ) (Eс/Δ с)*d2; t = (γ E∂ 11/Δ ∂ )*b32 + (1 - γ) (Eс/Δ с)*d2; u = (γ E∂ 11/Δ ∂ )*b33 + (1 - γ) (Eс/с)*d1.

Выражения (39) запишем в виде: εy*q + εz*r = -εx*p;

truqutrq

bx ∗−∗==Δ ;

εy*t + εz*u = -εx*s; (41)

uprsusrp

by ∗−∗==Δ ;

sqtpstpq

bz ∗−∗==Δ .

Отсюда: εy = (∆by/∆b)*εx; εz = (∆bz/∆b)*εx. (42)

Эти выражения подставляем в 1-ое уравнение (38), которое теперь можно сократить на εx. Для модуля упругости композита E11 получаем:

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ΔΔ

∗+ΔΔ

∗+∗⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Δ

∗γ−+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ΔΔ

∗+ΔΔ

∗+∗⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Δ

∗γ=∂

∂

bx

bz2

bx

by21

C

C

bx

bz13

bx

by1211

1111 dddE1bbbEE (43)

Из 1-ого уравнения (38) можно получить выражения для деформаций в направлениях осей y и z. Для этого соответственно выражаем εx и εz через εy с помощью соотношений (39), а также εx и εy через εz: а) εx = (∆bx/∆by)*εy; εz = (∆bz/∆by)*εy; б) εx = (∆bx/∆bz)*εz; εy = (∆by/∆bz)*εz.

Подставляем в 1-ое уравнение (38) и находим:

а ( ) xyby

bz

by

bx

C

C

by

bz

by

bx dddE

bbbE

δεγγ =∗⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

ΔΔ

∗++ΔΔ

∗∗⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Δ

∗−+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

ΔΔ

∗++ΔΔ

∗∗⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Δ

∗∂

∂

22113121111 1 ;


38

б) ( ) xzbz

by

bz

bx

C

C

bz

by

bz

bx dddE

bbbEδεγγ =∗⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

Δ

Δ∗+

ΔΔ

∗∗⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Δ

∗−+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

Δ

Δ∗+

ΔΔ

∗∗⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Δ

∗∂

∂

22113121111 1 .

Поскольку εy = -ν12*δx/E11; εz = -ν13*δx/E11, то из а) и б) для коэффициентов Пуассона ν12 = ν21

и ν13 = ν31 получаем выражения:

( )1

22113121111

112112 1−

∂

∂

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

ΔΔ

∗++ΔΔ

∗∗⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Δ

∗−+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

ΔΔ

∗++ΔΔ

∗∗⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Δ

∗∗−==by

bz

by

bx

C

C

by

bz

by

bx dddE

bbbE

E γγνν (44)

( )1

22113121111

113113 1−

∂

∂

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

Δ

Δ∗+

ΔΔ

∗∗⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Δ

∗−+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

Δ

Δ∗+

ΔΔ

∗∗⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Δ

∗∗−== dddE

bbbE

Ebz

by

bz

bx

C

C

bz

by

by

bx γγνν .(45)

Для определения E22 нужно рассматривать напряженное состояние композита, при котором

δy ≠ 0, δx = δy = 0, и условия равновесия (20) получает вид: γ*δ∂ x + (1 - γ)*δc

x = 0; γ*δ∂ y + (1 - γ)*δc

y = δy; *δ∂ z + (1 - γ)*δc

z = 0, и из этих 3-х уравнений находят E22, ν21, ν23. Аналогично и для E33. Список литературы

1. Поздняков А.А. Прочность и упругость композиционных древесных материалов. – М.: Лесная промышленность, 1988 – 130 с.

2. Блох В.И. Теория упругости. – Харьков: Изд. ХГУ, 1964 – 484 с. 3. Най Дж. Физические свойства кристаллов. – М: Мир, 1967 – 388 с.

ПРИМЕНЕНИЕ ОРИГИНАЛЬНОГО ЛАБОРАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДРЕВЕСНЫХ

ПРЕССОВАННЫХ ОБРАЗЦОВ Кендюк А.В., Тарарушкин Е.В., аспиранты Научный консультант - д.т.н., профессор Кондращенко В.И.

Для отработки технологических параметров изготовления и изучения физико-механических свойств древесных прессованных образцов, в частности, арболита и биопластика, необходимы об-разцы различного масштаба. Ниже приведено описание запатентованных установок для их изго-товления методом паропродувки и вакуумирования (рис. 1).

Для изготовления лабораторных образцов малого масштаба разработана и запатентована установка для формовки с последующей тепловой обработкой древесной, в частности, арболито-вой смеси (далее – установка). Отличительной ее чертой является простота изготовления и дости-жение равномерной плотности получаемых образцов. Установка состоит из следующих основных элементов – бачка для получения насыщенного пара; формы, состоящие из съемных секций; уст-ройств для формовки арболитовой смеси с использованием пресса и устройства для пропарки ар-болитовой смеси (регистра), и имеет следующие технические характеристики: температура пара – 100 0С, давление паропродувки – 0,11 МПа; производительность вакуум-насоса – 50 л/мин. Работа на установке производится в следующей последовательности (рис. 1): бачок 1 объемом 3 л, предназначенный для получения насыщенного пара и изготовленный из нержавейки, имеет спускной клапан избыточно го давления 15, 16, манометр 24 для контроля в нем давления (диапазон измерений 0-0,5 МПа) и встроенный шаровой кран 23, соединенный с теплостойким рука-вом 25 для подачи насыщенного пара к форме. Бачок 1 устанавливается на электронагреватель (на рис. 1 не показан). При достижении необходимого давления в бачке 1 открывается шаровой кран 23 и пар подается на первый пост – пропаривание. На первом посту имеется устройство 4 для пропарки арболитовой смеси (в нем создается низкое давление с помощью вакуум-насоса), на которое с помощью откидных зажимов 6 крепится форма.


39

Рис. 1. Общий вид установки (см. позиции на рис. 3)

Форма состоит из двух секций (основной 2 и формовочной 3), соединенных между собой от-

кидными зажимами 6 (рис. 2). Дно формы выполнено в виде решетки 17 для прохождения пара, которая крепится к секции с помощью фиксаторов 9. Секции 2, 3 заполняются арболитовой смесью без уплотнения. Затем форма закрывается крышкой 5 на откидные зажимы 6. К крышке 5 подведен и закреплен теплостойкий рукав 25 для подачи в форму пара. Включается вакуум-насос, и пар, про-ходя сквозь арболитовую массу, нагревает ее и поступает в теплообменник. Время пропаривания реглируется.

Рис. 2. Основные элементы установки при пропаривании (см. позиции на рис. 3)

После окончания пропаривания с помощью откидных зажимов 6 меняют крышку 5 с тепло-

стойким рукавом 25 на крышку 8 со штоком 7 и плитой пресса 19 (она впоследствии будет выполнять функцию крышки формовочной секции). Отсоединяют форму от устройства пропари-вания 4 и с помощью фиксаторов 9 заменяют решетку 17 на дно 19. После этого помещают форму на второй пост формовки (рис. 3).

Пост 1Пропарка и вакуумирование

I(2)

II(3)

Пост 2Формовка

Пресс

III(4)

1

прибор нагревательный

V3=3 лвода

O200

120

2325

24

1516

манометр p=0...5 кг/смГОСТ 8625-90

влажный насыщенный пар

М36x2

I(1)

2

M672

72

A-A

M672

72

17

Б-Б

Влажный и насыщенный пар

5

2

IV (5)

200

5510

5

310

190220

4

410

245

(засыпка)

3

10

К вакуум . насосу

AA (6)

ББ (6)

II(3)


40

Рис. 3. Формование

1 – бачок; 2,3 – секция; 4 – регистр; 5 – крышка; 6 – зажим;7 – толкатель; 8 – крышка; 9 – фиксатор; 10 – упор;11 – опора; 15 – крышка; 16 – прокладка; 17 – решетка;18 – проклад-ка;19 – дно; 23 – кран шаровой (проходной); 24 – манометр; 25 – рукав теплостойкий.

На втором посту форма помещается в пресс (см. рис. 1). С помощью винта прессового уст-

ройства перемещается шток 7, который в свою очередь перемещает плиту пресса 19. Прессование прекращается после того как плиту пресса 19 можно будет зафиксировать в формовочной секции 3 с помощью фиксаторов 9. После этого форма вынимается из прессового устройства, с помощью откидных зажимов 6 снимается крышка 8 со штоком 7, затем основная секция 2. Конечный резуль-тат – это формовочная секция 3, с зафиксированными дном и крышкой 19, и находящаяся внутри запрессованная арболитовая смесь.

По истечении предусмотренного планом эксперимента времени, полученный образец извле-кают из формы. Для этого снимают крышку 19 и дно 19 с помощью фиксаторов 9 и вынимают обра-зец. Далее отформованный образец можно использовать для определения физико-механических свойств древесных прессованных образцов.

3

3

148

712

11185191315610917

2

10

16

11

4

1

разрез А-А

Рис. 4. Устройство для паропродувки и формования 1 – верхняя неподвижная плита; 2 – нижняя подвижная плита; 3 – колонка; 4 – пресс-форма; 5 – корпус; 6 – нижний штамп; 7 – верхний штамп; 8 – резьба верхнего штампа; 9 – резьба нижнего штампа; 10 – направляющие колонки; 11 – втулки; 12 – верхний толкатель; 13 – нижний толка-тель; 14 – гайка верхняя; 15 – гайка нижняя; 16 – система подвода пара и вакуумного отсоса па-рогазовой смеси; 17 – емкость для сбора конденсата; 18 – нагреватели; буферное устройство

4

6

10

O32

5518 40

28

IV (5)

200

55

250

7

ГГ

III(4)P пресса

кг

ГГ

35 (и

зделие

)

11 12

M672

72

9

19

Г-Г


41

Для изготовления лабораторных образцов среднего масштаба разработана и запатентована

(патент на полезную модель №71928) установка для изготовления лабораторных древесных прес-сованных образцов, в частности, образцов биопластика из древесных отходов в виде волокон и стружки с использованием как биосвязующего компонента, так и синтетических смол (далее – пресс). Но устройство позволяет изготавливать образцы так же и из арболитовой смеси.

Пресс состоит из следующих основных элементов: пресс-формы, плиты (подвижной и непод-вижной), толкателей (верхнего и нижнего), гаек (верхней и нижней), буферного устройства, систем подвода пара и вакуумного отсоса парогазовой смеси и электрооборудования (нагревателей), и имеет следующие характеристики: усилие прессования (max) – 15000 кг; глубина засыпки – 60 мм; размеры формуемых изделий: длина – 100 мм; ширина – 100 мм; высота – 10 мм.

Пресс включает в себя верхнюю неподвижную плиту 1 и нижнюю подвижную плиту 2. Точ-ность поперечной и осевой ориентации определяют колонка 3, база и крепежные винты (рис. 4). На плите 1 и 2 закреплена пресс-форма 4, состоящая из корпуса 5, нижнего штампа 6 и верхнего штампа 7. На наружной поверхности штампов выполнена резьба 8 и 9 соответственно. Так же, пресс имеет узел для формирования брикета опытного образца. Он состоит из направляющих ко-лонок 10, втулок 11, верхнего 12 и нижнего 13 толкателей, верхней 14 и нижней 15 гаек, размещен-ных на резьбовых участках 8 и 9. Корпус 5 пресс-формы 4 расположен на нижнем толкателе 13, и оснащен системой подвода пара и вакуумным отсосом парогазовой смеси 16, а так же буферным устройством 19, которое обеспечивает гашение ударных нагрузок. Штампы 6 и 7 оснащены нагре-вателями 18, посредством которых при работе обеспечивается температура рабочих поверхностей штампов 6 и 7, равной 195 0С. На нижнюю подвижную плиту 2 установлена емкость 17 для сбора конденсата.

На рис. 4 показан пресс в состоянии, когда пресс-форма 4 находится в положении «засыпка». Работа на прессе производится следующим образом. Для начала работы в корпус 5 засыпают, не-обходимое количество, например, арболитовой смеси. После чего нижней гайкой 15 вручную пере-мещают корпус 5 вверх до тех пор, пока верхний штамп 7 не зайдет в корпус 5 на глубину 10 мм. После этого включают гидроцилиндры, и начинается предварительный этап формовки – переме-щают нижнюю подвижную плиту 2; при этом укрепленный на ней нижний штамп 6 перемещается вдоль корпуса 5 до достижения необходимой толщины образца (от 2 до 10 мм). В поперечном се-чении размеры образца составляют 100х100 мм.

После окончания предварительного этапа нижнюю гайку 15 перемещают вниз. Корпус 5 сохра-няет свое положение благодаря силам сцепления, возникшим в процессе предварительной формов-ки. Нижний штамп 6 продолжают перемещать с помощью гидроцилиндров вдоль корпуса 5 до получе-ния требуемой толщины образца.

Для выпрессовки образца нижнюю гайку 15 опускают в крайнее нижнее положение. Верхнюю гайку 14 перемещают вниз, при этом корпус 5 опускается вниз до тех пор, пока верхняя поверхность нижнего штампа 6 не выступит над поверхностью пресс-формы 4 на 3 мм. Образец снимают, а пресс приводят в первоначальное состояние. Система подвода пара и вакуумного отсоса парогазо-вой смеси 16, так же нагреватели 18 включаются автоматически после внедрения верхнего штампа 7 в корпус 5 на глубину 3 мм.

Таким образом, дано описание установок (устройств) для изготовления разномассштабных лабораторных образцов древесного прессованного пластика, которые изготовлены, проходят пре-дэксплуатационную подготовку и будут использованы для отработки технологических параметров изготовления и изучения физико-механических свойств арболита, полученного по принципиально отличающейся от традиционной энергосберегающей технологии.

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Кирилина А.О., студент Научный консультант - к.т.н., доцент Серков Б.П.

Возрастающая во времени интенсивность использования природных невозобновляемых ис-

точников энергии (нефти, газа, угля и др.), негативное влияние процессов добычи и переработки топлива на экологическую обстановку, ограниченность мировых запасов энергоресурсов выдвигают на первый план задачи их экономии при отоплении зданий. Для этих целей в России затрачивается ежегодно около 400 млн. т. условного топлива (25% энергоресурсов страны).

Основными источниками теплопотерь зданий являются наружные ограждающие конструкции и вентиляция. Исследования показывают, что при эксплуатации традиционного жилого многоэтаж-ного дома теряется тепла: через стены до 40%, окна – 18%, крышу – 18%, подвал – 10%, вентиля-цию – 14%.


42

Отечественный и зарубежный опыт свидетельствует о том, что решение задачи существен-ной экономии тепла на отопление возможно лишь при комплексном подходе к энергосбережению, используя:

- эффективные теплоизоляционные материалы и наружные ограждающие конструкции с по-вышенным сопротивлением теплопередаче;

- рациональные объемно-планировочные решения зданий; - системы приточно-вытяжной вентиляции с применением рекуператоров, использующих те-

пло выбрасываемого в атмосферу воздуха; Использование эффективных теплоизоляционных материалов с коэффициентом теплопро-

водности ниже 0,1 Вт / м 0С (минераловатных плит, пенополистирола, стекловатных изделий, пено-стекла и др.) в конструкциях стен, покрытий, чердачных и цокольных перекрытий в соответствии с современными нормами теплозащиты позволяет снизить теплопотери зданий на 25-30%.

К наиболее известным и распространенным способам утепления наружных стен относятся: - невентилируемые конструкции утепления с наружной или внутренней стороны конструкци-

онного слоя («термофасады»); - вентилируемые конструкции утепления с наружной стороны конструкционного слоя, содер-

жащие воздушную прослойку между утеплителем и внешним облицовочным слоем. Эффективным является применение окон с трехслойным и четырехслойным остеклением в

виде стеклопакетов с селективными теплоотражающими покрытиями, а также листового стекла. Для таких заполнений используют переплеты из дерева, ПВХ, стеклопластика. Это позволяет со-кратить теплопотери через них в 1,5-2 раза, повысить при этом комфортность внутренней среды в помещениях. Учитывая значительную роль окон в теплопотерях зданий, современными теплотех-ническими нормами ограничена их относительная площадь в наружных стенах: для жилых зданий она должна составлять не более 18%, общественных – 25%.

Из прогрессивных конструкций покрытий, отвечающих современным требованиям, заслужи-вают внимания покрытия из сэндвич-панелей с негорючей теплоизоляцией, монопанелей с зали-вочным пенопластом, конструкции послойной сборки по стальному профилированному настилу, инверсионные покрытия по железобетонному основанию.

Недостаточный уровень теплозащиты чердачных перекрытий обусловливает повышенные теплопотери через них в зимний период, а также образование на крышах наледей. В большинстве эксплуатируемых объектов теплоизоляция выполнена засыпными утеплителями, которая со време-нем уплотняется и теряет свои теплоизолирующие качества. Эффективным способом снижения теплопотерь через чердачные перекрытия является применение теплоизолирующих элементов заводской готовности, например из пенополистирола с облицовками из жестких цементно-стружечных плит.

РАЦИОНАЛЬНЫЙ ВИД АЛГОРИТМА ПРИ ПОСТРОЕНИИ ПЕРСПЕКТИВЫ ПО ОРТОГОНАЛЬНЫМ ПРОЕКЦИЯМ

СРЕДСТВАМИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ Кирпичев А.И., студент. Научные консультанты - к.т.н., доцент Сафиулина Ю.Г., инженер Шмурнов В.К.

При построении перспективы по ортогональным проекциям классическим путем все построе-

ния производятся изолированно на ортогональном чертеже с одной стороны и на перспективном – с другой. При использовании средств компьютерной графики важна непрерывность алгоритма ре-шаемой задачи. Эту непрерывность можно создать, используя в качестве промежуточного звена действие вращения горизонтально-проецирующей картинной плоскости вокруг вертикальной оси – до совмещения с фронтальной плоскостью проекции. Полученный таким образом непрерывный алгоритм построения перспективы будет иметь следующий вид: 1) Исходные данные.

Рис.1

2) Определение точек схода пучков параллельных прямых.

Рис.2


43

3) Выделение элемента, лежащего в картинной плоскости (при горизонтально-проецирующей картинной плоскости – вертикальное ребро, бу-дущая ось вращения.

Рис.3

4) Вращение картинной плоскости вокруг выде-ленного элемента до совмещения с фронталь-ной плоскостью ортогональных проекций.

Рис.4

5) Построение методом Архитекторов пря-мых, принадлежащих соответствующим пуч-кам и имеющих точки на выделенном элемен-те картинной плоскости, F1 и F2 – фокусные точки соответствующих пучков.

Рис.5

6) Засечками на горизонтальной проекции для произвольных точек, лежащих на построенных в предыдущем пункте прямых, определяем координату ширины и отмечаем ее горизонталь- ную и фронтальную проекцию на картинной плос- кости. Начало местной системы координат в картинной плоскости целесообразно располагать не в главной точке картины, а на пересечении линии горизонта с осью вращения картинной плоскости. Затем вращением вокруг вертикального ребра совмещаем картинную плоскость с плоскостью П2 .

Рис.6

7) Аналогично строятся перспективные изображения других точек и отрезков, в том числе прямых общего положения. Для последних желательно выделять пучки параллельных прямых с определе-нием положения точек схода и использования приемов Метода архитекторов, причем Метод архи-текторов следует предпочитать Методу засечек, а смешанный метод – каждому из них в отдельно-сти. Это максимально сократит количество графических операций. Таким образом, после совмеще ния картинной плоскости с плоскостью П2, во фронтальной проекции будет получено перспективное изображение объекта.

Рис.7


44

8) Полученное перспективное изображение масштабируется и переносится (операции scale и move соответственно) на свободное место чертежа в нужном масштабе.

Рис.8

Изложенный процесс построения, кроме непрерывности алгоритма имеет то преимущест-во, что разбивает решение задачи на ряд логических операций, выраженных в конкретных машин-ных командах, и имеющих ясный физический и геометрический смысл.

ВЫСОКОПРОЧНЫЕ БЕТОНЫ С УСКОРЕННЫМ НАБОРОМ ПРОЧНОСТИ

Купцов А.С., Альтеев И.С., Коломеец Д.И., Сасов А.А., Сбитная Е.П., студенты Научный консультант - д.т.н., профессор Добшиц Л.М.

В настоящее время для быстрого набора бетонами прочности используются различные виды

его термовлажностной обработки (ТВО). Они включают нагрев бетона до 80 0С, выдержку при этой температуре в течение 6-10 часов и снижение температуры. Такие режимы обработки позволяют бетонам быстро набирать прочность, но отрицательно сказываются на его долговечности. При этом в бетоне возникают термические напряжения и образуются микротрещины, которые являются мес-тами проникновения агрессивных сред, концентрации напряжений и началами последующего роста трещин. Кроме этого, снижается стойкость бетонов к попеременному водонасыщению и высушива-нию, попеременному замораживанию и оттаиванию.

Для решения вышеизложенной проблемы, нами исследовалась новая технология изготовления сборных железобетонных изделий, включающая следующее. Во-первых, при изготовлении бетонов используются комплексные многофункциональные добавки, позволяющие набирать прочность высокими темпами в ранние сроки твердения. Во-вторых, применяется мягкий режим ТВО бетона, с пониженной температурой разогрева бетона и уменьшенным общим временем прогрева.

Такие предложения базируются на проведённых в МИИТе исследованиях, проводившихся в течение нескольких лет. В результате этих исследований была разработана комплексная многофункциональная добавка «МИКС» (патент на изобретение от 05.04.2007 г.).

Проведённые нами исследования показали, добавка практически не влияет на сроки схватывания цементов, но значительно пластифицирует цементное тесто, снижая нормальную густоту на 24% (с 25до 19%). Нами также проводилось изучение влияния новой разработанной технологии на кинетику прочности бетонов.

Исследования выполнялись на образцах-балочках, изготовленных из цементно-песчаного раствора состава Ц:П = 1:3 без добавок и с добавкой «МИКС» в количестве 2% массы цемента. Образцы после изготовления подвергались ТВО по следующему режиму: 1 час выдержка, затем подъём температуры до 45 в течение 1 часа. Выдержка при этой температуре и снижение температуры до 18 в течение 1 часа. Полученные результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1 Добавка Предел прочности после прогрева в течении

При сжатии, МПа При изгибе, МПа

6 часов 8 часов 10 часов 6 часов 8 часов 10 ча-сов

Без добавок 14,2 19,4 20,4 3,6 4,0 4,0 Добавка «МИКС» 22,0 33,0 39,5 4,7 5,2 5,8

Дальнейшие исследования проводились на бетонах, подбор состава которых осуществлялся

по методу МИИТа. Особенностью предлагаемого метода подбора состава тяжелого бетона является экспери-

ментальное построение зависимости )( пКfУ = , где У - удобоукладываемость бетонной смеси,

пК - коэффициент раздвижки зерен мелкого заполнителя (песка) цементным тестом.


45

Из экспериментально полученной кривой )( пКfУ = выбирается значение коэффициента

раздвижки зерен песка цементным тестом пК , при котором обеспечивается получение бетонной смеси требуемой удобоукладываемости (жесткость для жестких бетонных смесей или подвижность для пластичных бетонных смесей).

В данном методе исключается необходимость корректирования состава бетонной смеси для получения требуемой подвижности, т.е. дополнительного введения в бетонную смесь добавок воды и цемента. Из практики хорошо известно, что при повторном перемешивании бетонной смеси не обеспечивается достаточно равномерное распределение в перемешиваемой массе дополнительно введенных цемента и воды, а, следовательно, нарушается точность зависимости удобоукладываемости бетонных смесей на принятых материалах от расхода воды или цементного теста (при постоянном значении водоцементного отношения) на 1 м³ бетонной смеси.

В данном методе проектирования состава тяжелого бетона в процессе подбора состава бетона автоматически учитывается влияние всех параметров, характеризующих качество заполнителей (гранулометрия, удельная поверхность, степень чистоты, содержание глинистых, илистых и пылевидных частиц).

Основной задачей работы является подбор состава бетона на выбранных материалах, кото-рый отвечал бы требованиям проектного задания. Проектным заданием для обычных тяжелых бе-тонов является требуемая: прочность бетона при осевом сжатии, удобоукладываемость бетонной смеси.

Порядок расчета: 1.Расчет состава цементно–песчаного раствора на 1 м³.

1.1. Определение водоцементного отношения ЦВ , при котором обеспечивается получение

бетона требуемой прочности.

5,0+⋅

=ц

б

RАR

ВЦ ,

бR – требуемая прочность бетона при осевом сжатии, кгс/см²; цR - активность цемента, кгс/см²; А

– коэффициент, учитывающий качество применяемых заполнителей. 1.2.Определение расхода мелкого заполнителя (песка).

нп

пп

п

РКП

ρρ⋅

+=

11000

1 ,

нпρ – насыпная плотность песка, г/см³; пρ – средняя плотность зерен песка, г/см³; пК – коэффи-

циент раздвижки зерен песка цементным тестом; пР – пустотность песка. 1.3. Определение расхода цемента.

ЦВ

П

Ц

ц

п

+

−=

ρ

ρ1

1000 1

1 ,

цρ – плотность цемента г/см³;

1.4. Определение расхода воды.

)(11 ЦВЦВ ⋅= .

2.Определение расхода материала на 1 м³ бетона. 2.1. Определение расхода крупного заполнителя (щебня).

нщ

щ

щ

щ

Ра

Щ

ρρ+

⋅=

11000

,

нщρ – насыпная плотность щебня, г/см³; щρ – средняя плотность зерен щебня, г/см³; щР – пус-

тотность щебня; ща – коэффициент, учитывающий степень раздвижки зерен щебня цементно-

песчаным раствором. 2.2. Определение коэффициента объемной концентрации щебня в бетоне.


46

щ

щнщ аρ

ρϕ

⋅= .

2.3.Определение расхода цемента. )1(1 ϕ−⋅= ЦЦ .

2.4.Определение расхода мелкого заполнителя (песка). )1(1 ϕ−⋅= ПП .

2.5.Определение расхода воды. )1(1 ϕ−⋅= ВВ .

111 ,, ВПЦ – расходы цемента, песка и воды на 1 м³ раствора. 3.Приготовление пробных замесов и определение удобоукладываемости бетонной смеси. Для каждого расчетного состава бетона (при определенном значении пК ) производится

пробное затворение бетонной смеси и экспериментальное определение ее удобоукладываемости. При начальных значениях коэффициента раздвижки зерен песка цементным тестом пК , получа-ются жесткие смеси, и их удобоукладываемость определяется на техническом вискозиметре. Затем по мере повышения пК бетонные смеси становятся все более пластичными и их удобоуклады-ваемость определяется как на техническом вискозиметре, так и по осадке конуса.

Экспериментальные данные, выражающие зависимость удобоукладываемости бетонных смесей от коэффициента раздвижки зерен песка цементным тестом пК , нужно представить в виде

кривых, по которым и выбрать такое значение пК , которое будет обеспечивать удобоукладывае-мость бетонной смеси, требующейся в проектном задании.

Установив значение пК , при котором обеспечивается требуемая подвижность бетонной смеси, выбирают состав бетона. На выбранном составе бетона, рассчитав расход материалов на 1 замес, проверяют еще раз соответствие удобоукладываемости бетонной смеси требованию проектного задания, а затем на этом же замесе определяют фактическую среднюю плотность бетонной смеси.

Полученные результаты показывают, что прочность бетонов с добавкой «МИКС», изготовленных по предлагаемой технологии, в 1,5…2,0 раза превышает прочность бетонов без добавок. Таким образом, используя разработанную нами технологию, включающую применение новой многофункциональной добавки «МИКС» (патент на изобретение от 05.04.2007 г.) и мягкий режим ТВО, можно получать бетоны высокой прочности в ранние сроки.

Добавка «МИКС» пластифицирует бетонную смесь, способствует быстрому нарастанию пластической прочности при относительно не высоких температурах и обладает демпфирующими компонентами, «гасящими» трещины, образующиеся в бетоне. Мягкий режим ТВО позволяет избежать появления в бетонах термических напряжений, образования микродефектов, являющихся концентраторами напряжений и зародышами будущих трещин. При этом за счёт сокращения времени (ТВО) и температуры прогрева уменьшаются влагопотери из бетона, и повышается его качество.

Кроме этого, применение этой технологии позволяет экономить до 20% цемента, что даёт не только ощутимый экономический эффект, но и позволяет снизить пористость бетона. А это, в свою очередь, повышает: стойкость бетонов к попеременному увлажнению и высушиванию, водонепроницаемость, водостойкость и морозостойкость бетонов.

ВОЗВЕДЕНИЕ УНИКАЛЬНЫХ ЗДАНИЙ В РАМКАХ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА СТРОИТЕЛЬСТВА МОСКОВСКОГО МЕЖДУНАРОДНОГО

ДЕЛОВОГО ЦЕНТРА «МОСКВА-СИТИ» Маламуд О.Б., Ким Е.В., студенты

Введение Как показывает мировая практика, в крупных городах строительство высотных зданий полу-

чает все большее развитие, что обусловлено высокой стоимостью земельных участков, ограничен-ностью городских площадей, интенсивным ростом населения и другими причинами.

При всей очевидной экономической целесообразности высотное строительство в Москве и других крупных российских городах не ведется в достаточном объеме. На это существует несколько объективных причин. В числе первых необходимо назвать отсутствие на федеральном уровне тех-


47

нических регламентов проектирования и строительства высотных комплексов и недостаток опыта их строительства.

На сегодняшний день самым крупным инвестиционным строительным проектом в области недвижимости не только в Москве, но и в России, является Московский Международный Деловой Центр «Москва-СИТИ», строительство которого ведется на Краснопресненской набережной, на территории общей площадью более 100 га, из которых 60 га подлежат новой застройке.

В рамках проекта возводятся уникальные для России высотные здания, используются новые технологии строительства, принимаются уникальные строительные решения.

Федерация Деловой комплекс «Федерация» будет представлять собой многоуровневый подиум с двумя

разновысотными башнями - «Восток» и «Запад» (93 и 62 этажа), объединенными общей стилобат-ной частью. Высота башни «Запад» достигнет 242 метров, «Восток» - 354 метров, со шпилем – 448 метров. Башни по форме напоминают паруса, между ними — как композиционный центр — распо-лагается мачта-цилиндр, внутри которой будет перемещаться панорамный лифт, который будет подниматься до отметки 380 м.

В качестве несущей основы конструктивной системы комплекса «Федерация» применяются центральное железобетонное ядро и система окружающих его железобетонных колонн, выполняю-щихся по технологии монолитного возведения. Также в строительстве высотного комплекса исполь-зуются аутригерные конструкции. Подобные элементы являются для небоскреба своеобразными кольцами жесткости, которые «держат форму» здания.

При возведении комплекса башен впервые успешно применяется бетон класса B90, это пер-вый опыт такого масштабного использования бетона столь высокого класса.

Обе башни имеют свайное основание с единой фундаментной плитой и довольно мощным ростверком: башня «А» - 4 м, башня «Б» — 3,5 м. Каждая башня имеет отдельный «куст» свай: «А» — 212, «Б» - 95. Так как верхний, известняковый слой более рыхлый, выполняется предваритель-ное тампонирование. Для увеличения трения и несущей способности, сваи инъектируются, по боко-вой и лобовой поверхностям.

В монолите и в бетонной плите заложены датчики - температурные, напряжения, давления бетона, фиксирующие растяжение арматуры и прочие. Они работают в режиме реального времени, передавая информацию о состоянии конструктивных элементов здания.

В строительстве центрального ядра используется метод гидравлической опалубки, обеспе-чивающий автоматизированный подъем конструкций весом более 25 тонн. Такой метод позволяет возводить башню в рекордно-сжатые сроки.

Фасадные решения обеих башен предполагают использование высококачественных витраж-ных стальных конструкций. Наружная стена представляет собой навесной фасад из алюминиевых элементов на всю высоту этажа, крепящихся в каждом случае к верхней плите междуэтажного пе-рекрытия.

Пожарные нормы, применявшиеся и при возведении комплекса «Федерация», ужесточены по сравнению с мировыми в два раза. Огнестойкость конструкции составляет 4 часа. Для сравнения: в башнях - "близнецах" этот показатель был равен 30-40 минутам.

С точки зрения физической жизни, комплекс простоит свыше 100 лет. Особенно учитывая, что состояние конструкций и инженерных систем будет постоянно контролироваться.

Евразия Башня «Евразия» представляет собой рамно-связевую систему, включающую стальной кар-

кас, сталежелезобетонное ядро жесткости, расположенное в середине башни, и так называемую «периметральную трубу» по контуру здания, состоящую из колонн, соединенных стальными балка-ми-перемычками на уровне каждого этажа. Для обеспечения равномерной передачи (перераспре-деления) вертикальных нагрузок, восприятия горизонтальных (действие ветра), сейсмических сил и других нагрузок устраиваются фермы (аутригеры), которые связывают ядро жесткости с перимет-ральными конструкциями, обеспечивая их совместную работу. Межэтажные перекрытия представ-ляют собой железобетонную плиту толщиной 150 мм, устраиваемую по профилированному оцинко-ванному настилу высотой 75 мм. Вокруг высотной части здания возводится трехэтажный стилобат. Высотное здание характеризуется большими и неравномерными нагрузками на фундамент и грун-товое основание. Поэтому наиболее эффективным решением стало применение свайно-плитного фундамента и устройство стилобата.

Центральное Ядро Одно из самых сложных по конструкции строений ММДЦ. Центральное ядро делится на 2

части: подземную и надземную. В подземную часть конструкции входит центральный пересадочный узел метрополитена со

станцией «Деловой центр», объединяющей три линии метро: ответвление Филёвской линии (проек-тировалось как линия «мини-метро»), скоростная транспортная система связи с аэропортами «Ше-реметьево» и «Внуково». Подземное общественное пространство занимает торговый комплекс.

Наземная часть разделена на три функциональных зоны: Гостиница, Торгово-развлекательный комплекс, Киноконцертный зал вместимостью около 6000 человек.

Прокладка через фундаментную плиту сразу трех линий метрополитена с необходимыми технологическими каналами (всего плиту прорезают 9 каналов) вызвала необходимость примене-ния ряда уникальных технических решений. В частности, при длине 500 м железобетонная плита не имеет ни одного температурного шва. Рельсы метро проходят на отметке 1 03,75 см. Дальше идет безригельный каркас, выполненный без единой стенки жесткости.


48

Для защиты от вибрации, возбуждаемой поездами метрополитена, по всей длине трасс, на-чиная за 50 м до Центрального ядра и заканчивая 50-ю м за ним, под путями устроена специальная плавающая плита, уложенная на резинометаллические виброизоляторы производства немецкой фирмы.

Толщина перекрытий на нижних уровнях Центрального ядра Сити составила 250 мм. На верхней отметке 1 29 м было сделано перекрытие толщиной 400 мм — только для того, чтобы об-легчить дальнейшие строительные работы.

Подземная часть конструкций оснащена датчиками, постоянно ведется наблюдение за ее состоянием.

Russia Tower Башня «Россия» должна стать самым высоким зданием на континенте – 612 м. Cооружение

имеет уникальную геометрическую форму, в его основе треугольник, состоящий из трех секций (крыльев), которые соединяет «позвоночный столб», поднимающийся вдоль всей высоты башни. Сужающееся кверху здание имеет вид элегантной и грациозной пирамиды. Удачная конструкция башни позволяет достичь эффекта наибольшей устойчивости при максимальной простоте. Кроме того, такая форма дает возможность эффективно распределять этажную площадь здания. Башня способна противостоять сильным ветровым нагрузкам благодаря системе наклонных веерообраз-ных элементов каркаса (колонн), которые расходятся по диагонали вверх к ребру здания от основ-ной опоры. Такая необычная покатая решетчатая конструкция, прижатая колоннами, установлен-ными под тупым углом друг к другу, способна выдержать вес здания и придать геометрическое своеобразие фасаду.

ФАСАДНОЕ ОСТЕКЛЕНИЕ Матвеев В. А., студент Научный консультант - к.т.н., доцент Пинская Н.П.

Большие прозрачные здания, в которых «одни сплошные окна», существовали не всегда.

Широкое распространение идея остекленных фасадов зданий приобрела во второй половине XIX века. Тогда повсеместно строились торговые помещения, встроенные в первые этажи жилых зда-ний, крытые рынки и пассажи, где особенно широко применялись металлические фермы и стекло, позволявшие создавать огромные по масштабам внутренние пространства без опор, с верхним ос-вещением.

В основном, такие «экспериментальные дома» имели общественное назначение и не ис-пользовались для проживания. С тех пор разработано немало конструктивных технологических новшеств для реализации идеи привлекательности и энергоэффективности остекленных фасадов, где были бы связаны между собой в единое целое остов здания и сам фасад. Среди них можно отметить «холодный» фасад (внешний слой фасада - панели из стекла). Функцию теплоизоляции выполняет конструкция стены здания, на которую с воздушным зазором крепится внешний слой. Интересное решение реализовано в «вытяжном» фасаде - внешний слой - стеклопакет плюс стек-ло, устанавливаемое на расстоянии 15-20 см от стеклопакета. При этом воздушный промежуток используется либо для отвода воздуха и вентиляции здания, либо для нагрева притока свежего воздуха.

Сегодня в строительной практике используются рамное (профильные системы остекления) и точечное (планетарные системы остекления) крепления стекла.

Системы фасадного остекления классического типа представляют собой внутренний алюми-ниевый профиль (стойка и ригель) и внешний (прижим и декоративная крышка), между которыми, через резиновые уплотнители зажато остекление в виде стекла и стеклопакета. При точечном кре-плении («планетарном») элементы остекления подвешиваются к стальному несущему каркасу при помощи стальных коннекторов (спайдеров) с шарнирно закрепленными болтами.

Фасадные системы применяются в строительстве для формирования и поддержания необ-ходимых теплофизических и звукоизоляционных характеристик и обеспечивают: защиту зданий и сооружений от воздействия атмосферных осадков (предотвращение разрушения, появления пле-сени, протекания и т.д.), естественную вентиляцию.

Особо следует сказать о необходимости соблюдения качество работ при монтаже фасадных конструкций и использовании должных материалов для устройства монтажных стыков. Во всем ми-ре установлены очень высокие требования к монтажу светопрозрачных фасадов: применение в монтажных швах высокоэффективных гидро-, тепло- и пароизоляционных материалов является законом и не обсуждается. Таким образом, изученный опыт применения фасадного остекления по-зволяет сформулировать основные недостатки и преимущества.

К недостаткам можно отнести: избыточные теплопотери, сказывающиеся на увеличении экс-плутационных расходов; образование конденсата и обледенение в краевых зонах остекления и на поверхностях алюминиевых профилей; светопрозрачные элементы фасадов должны иметь долго-вечность порядка 30-50 лет.

Вместе с тем имеются преимущества: зеркальные и тонированные стёкла; плоские и объём-ные формы, многообразие геометрических форм стоек и ригелей; - высокая технологичность; лю-


49

бые размеры и конфигурация фасадов; - высокая защита от промерзания; шумопоглощение (45дБ); возможность возведения больших конструкций без дополнительного армирования; современный, эффектный вид, престижность.

АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ СТЕРЖНЕВЫХ СИСТЕМ ПРИ ВЫКЛЮЧЕНИИ ИЗ РАБОТЫ ОДНОГО ИЗ ЭЛЕМЕНТОВ

Меднов Е.А, аспирант Научный консультант - д.т.н., профессор Федоров В.С.

В статически неопределимых нагруженных конструкциях, при мгновенном выключении из ра-

боты одного элемента (удаление одной связи), происходит перераспределение усилий на соседние элементы, что сопровождается затухающими колебаниями системы с определенной частотой. Для металлических конструкций важным вопросом является определение динамического предела теку-чести.

Динамический предел текучести в 2-2,5 раза превышает статический, и зависит от многих факторов, важнейшим из которых является скорость нагружения. Разная степень повышения пре-дела текучести при увеличении скорости нагружения свидетельствует о том, что для изучения влияния скорости на механические свойства материала необходимо располагать средствами меха-нических испытаний, позволяющих изменять скорость в нужном диапазоне.

Целесообразно рассматривать динамическое испытание, как продолжение статического, но с увеличенной скоростью. Тогда в начальный период нагружения напряжение, прикладываемое к образцу, будет возрастать равномерно с постоянной скоростью, которую можно определить скоро-стью деформирования. При измерении динамического предела текучести материал находится в упругом состоянии почти до самого момента достижения измеряемой величины.

Второе важнейшее требование при проведении динамических испытаний состоит в том, что-бы диаграммы изменения нагрузки, прикладываемой к элементу, и его деформации получались непосредственно из эксперимента без каких либо дополнительных вычислений. Измерения, отве-чающие этому требованию, можно назвать методом непосредственной регистрации динамических характеристик материалов. По-видимому, только такие методы пригодны для достаточно быстрых и надежных испытаний конструкционных материалов в реальных конструкциях.

Область скоростей деформирования, охватываемая понятием «динамические испытания», очень велика, поэтому измерения динамического предела текучести в столь большом диапазоне скоростей не могут быть осуществлены с помощью одних и тех же нагружающих устройств, но это и не требуется для решения конкретной задачи изучения работы конструкции при удалении одной связи.

Все загружения можно классифицировать по скорости нагружения следующим образом: 1. «Постепенное нагружение» - возрастание нагрузки измеряется секундами. 2. «Скоростное» нагружение – возрастание нагрузки измеряется миллисекундами. 3. «Высокоскоростное» нагружение – нагружение, в котором возрастание нагрузки измеряет-

ся микросекундами. «Скоростное» нагружение занимает особое положение. Эти скорости очень велики для обычных статических испытаний, и недостаточно велики, по

сравнению с ударным нагружением, вследствие чего, для получения таких скоростей при испыта-ниях образцов применяются специальные пневматические или пневмогидравлические нагружаю-щие устройства. В пределах этого класса нагружения еще полностью применимы условия статиче-ского равновесия, т.е. можно пренебречь волнами напряжения в образце, поэтому возможно ис-пользование постоянных тензометров, как индуктивных, так и проволочных.

Таким образом, наиболее надежным и отвечающим реальной работе материала способом определения динамического предела текучести, является испытание не отдельных образцов, а не-посредственно опытной конструкции, нагружение которой осуществляется путем выключения одной связи.

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ В СЛОЖНЫХ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Михайлиди Д.Г., аспирант Научный консультант - д.т.н., профессор. Быков Ю.А.

В современных условиях центр железнодорожного строительства в России перемещается в

регионы со сложными природно-климатическими характеристиками, примерами таких объектов может служить линия Беркакит – Томмот – Якутск.


50

Прежде всего, это геологические особенности: слабые основания, скальные грунты (трудоёмкие при работе в выемках) и пр. Гидрология: подходы к рекам, озерам, болотам и другие водные преграды, вечная мерзлота - строительство на которой требует соблюдения специальных условий и прочее. Климат: снежные заносы, хладноломкость металлов, выветривание и т.д.

В этих районах существенно возрастает стоимость земляного полотна, из-за специальных мер по его стабилизации и становится особо актуальной задача проектирования трассы ж.д.

При проведении проектных работ в столь сложных условиях, перед проектировщиком в ходе выбора направления возникает довольно сложная задача по учёту всех этих особенностей укладки трассы ж.д.

Например, при проектировании продольного профиля следует отдавать предпочтение насы-пям, а не выемкам, что, тем самым, сохраняет мерзлоту (1 принцип проектирования на вечной мерзлоте); также, например, по условиям снегозаносимости требуется соблюдение отметки насыпи 1,5-2 метра.

При строительстве на вечномерзлых грунтах в зависимости от конструктивных и технологи-ческих особенностей зданий и сооружений, инженерно-геокриологических условий и возможности целенаправленного изменения свойств грунтов основания применяется один из следующих прин-ципов использования вечномерзлых грунтов в качестве основания сооружений:

- принцип I – вечномерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии, сохра-няемом в процессе строительства и в течение всего периода эксплуатации сооружения;

- принцип II – вечномерзлые грунты основания используются в оттаянном или оттаивающем состоянии (с их предварительным оттаиванием на расчетную глубину до начала возведения соору-жения или с допущением их оттаивания в период эксплуатации сооружения).

Одновременно необходимо запроектировать противодеформационные мероприятия, реше-ние, которых направлены на сохранение мерзлоты и обеспечение долговременной стабильности, прочности и эксплуатационной надежности, инженерных сооружении.

На участках развития высокольдистых грунтов, которые можно отнести к III и IV категории просадочности, на большую глубину, для обеспечения стабильной работы, в тело насыпи рекомен-дуется укладывать экструзионный пенополистирол. Например, на откосы, скальный фракционный материал [к III категории просадочности относятся: глинистые грунты в текучепластичном и текучем состояниях, а также торфы, песчаные и крупнообломочные грунты, при наличии в них линз или от-дельных прослоев льда суммарной толщиной до 0,4 м в каждом слое мощностью 1 м. К IV катего-рии просадочности относятся: глинистые грунты в текучем состоянии, торфяные отложения, а так-же грунты всех видов, при наличии в них подземного льда суммарной мощностью более 0,4 м в каждом слое толщиной 1 м].

На участках повышенной льдистости, которые относятся к III и IV категории просадочности в нижних слоях, также может использоваться экструзионный пенополистирол, скальный грунт на от-косах и геотекстиль на откосах в выемках. В местах развития солифлюкционных процессов (проса-дочные III и IV категории в верхнем слое), в насыпях вместо глинистого грунта из выемки следует использовать дренирующий грунт замены, в выемках использовался на откосах скальный грунт и экструзионный пенополистирол.

Предлагается рассмотреть методику проектирования продольного профиля, которая учиты-вает специфические условия проектирования железных дорог в столь сложных условиях и основа-на на предварительной оценке принимаемых проектных решений в зависимости от стоимости со-оружения земляного полотна.

Для реализации такого рода подхода предлагается применить специальные вертикальные шкалы, построенные на каждом пикете.

На такой шкале фиксируются стоимости 1пг.м. земляного полотна в зависимости от высоты с учетом всех мер, необходимых для стабилизации земляного полотна (идея вертикальных шкал предложена проф. Турбиным И.В., меры по стабилизации земляного полотна были приняты по рекомендациям проф. Ашпиза Е.С.)

Шкала строится для насыпи (вверх от отметки поверхности земли) и для выемки (вниз от отметки поверхности земли). Нулевая отметка шкалы шкал совпадает с отметкой земли на каждом пикете.

Варьируя положение проектной линии, проектировщик получает возможность оценить строи-тельную стоимость и, меняя положение проектной линии продольного профиля, отыскивать прием-лемое решение по критерию строительной стоимости на этапе проектирования трассы ж.д. Пример такой шкалы приведен на рис. 1.

Использование данного подхода рассмотрено на примере проектирования участка трассы ж.д. линии Беркакит – Томмот – Якутск на участке ПК6700-ПК6979.

Все три варианта проходят в сложных рельефных условиях, на протяжении вариантов наблюдаются большие перепады высот, рельеф очень «изрезан» небольшими ручьями и водоразделами, различными понижениями и повышениями высот. При выборе направления трассы отдавалось предпочтение благоприятной для строительства местности, между ручьями Курунг-Юрях и Кытах. Основные показатели этих вариантов приведены в таблице 1.

Сравнение показало, что по критерию приведенных затрат, преимущество имеет «3» вари-ант, который проходит по более благополучным в геологическом отношении участкам. Однако, эко-номия в приведенных расходах по сравнению с основным, «1» вариантом незначительна, и состав-ляет всего 2 741 тыс. руб., или 0,16%, т.е., сравниваемые варианты следует считать практически равноценными, так как разность в величине критерия соизмерима с погрешностью расчетов.


51

420

430

6700 6701 6702 6703 6704 6705 6706

а т о с ы в

пикеты

Продольный профиль

Отметки земли

Проектная линия

Рис. 1

Поэтому для их дальнейшего сравнения использованы другие неэкономических показателей. В пользу «3» варианта свидетельствует то обстоятельство, что в процессе эксплуатации по-

требуются существенно меньшие расходы на поддержании в надлежащем состоянии земляного полотна, так как он на большем удельном протяжении проходит по благоприятным в геологическом отношении участкам.

Однако, следует отметить и неблагоприятные для «3» варианта факторы, например, затраты на полевое обследование, в том числе на дорогие буровые работы.

Удалось значительно снизить строительную стоимость земляных работ в разработанном «3» варианте, по сравнению с двумя вариантами сравнения - «2» и «1». Это преимущество становится более очевидным при сравнении строительная стоимость, отнесенной на 1 км длины линии: «1»-52438,99, «2»-48289,73, «3»-46594,93.

Основные показатели вариантов трассы Таблица 1

Результаты определения строительной стоимости и эксплуатационных расходов, с учетом

предложенного подхода, приведены в таблице 2.

Вариант «1» Вариант «2» Вариант «3»

Показатель Измеритель Измеритель Измеритель

Руководящий уклон iр , ‰ 9 9 9 Полезная длина приемо-отправочных путей l п-о, м.

1050 1050 1050

Длина трассы L , км. 27,9 30,1 31 Длина геодезической линии Lo , км 25,87 25,87 25,87 Коэффициент развития трассы λ= L/ Lo

1,078 1,16 1,19

Протяженность и удельный вес напряженных ходов, км./%

10,77 /38,6 7,88 /26,18 7,09 /22,88

Протяженность и удельный вес кривых участков пути Lк км./%

13,63/48,85 14,37/47,7 14,14/45,6

Сумма углов поворота всех кривых на трассе ∑α, град.

697 946 980

Средний радиус кривых Rср ,м. 878 909 913 Минимальный радиус кривой Rmin ,м.

600 400 400


52

Таблица 2 Технико-экономические показатели вариантов

Вариант Строительная стоимость, тыс.руб. Эксплуатационные расходы на 10 год.

1 1 463 048 18 608,74 2 1 453 521 19 760,86 3 1 444 443 20 195,12

Применение каждой или сразу нескольких мер для стабилизации земляного полотна зависит

от глубины заложения и мощности грунтов, отнесенных к III и IV категории просадочности. Слож-ность состоит и в том, что применение каждой из этих специальных мер зависит также и от рабочей отметки.

Эти обстоятельства коренным образом меняет установившиеся в течение многих лет прин-ципы проектирования трассы в плане и продольном профиле. В обычных условиях стоимость од-ного погонного метра земляного полотна изменяется монотонно в квадратичной зависимости от рабочей отметки.

В сложных условиях проектируемой Якутской железной дороги такая монотонность наруша-ется, так как при изменении рабочей отметки может наступить необходимость применения другого метода стабилизации земляного полотна. Поэтому традиционное стремление проектировщика уменьшить строительную стоимость земляного полотна за счет снижения рабочей отметки в этих условиях не всегда может привести к желаемому результату. Список литературы

1. Хрусталёв Л.Н. Основы геотехники в криолитозоне: Учебник.-М. Изд-во МГУ, 2005. 2. Ашпиз Е.С. Выбор принципа сооружения земляного полотна железных дорог на много-

летнемерзлых грунтах и величин допустимых деформаций в эксплуатации. Материалы научно-технического совета 2005 года в г. Якутске.

3. Коншин Г.Г. методические указания. Методы и средства диагностики земляного полотна. – М.: Изд. МИИТ, 2004.

4. Железнодорожный путь/ Т.Г. Яковлева, Н.И. Карпущенко, С.И. Клинов, М.П. Смирнов; под ред. Т.Г. Яковлевой, М.: Транспорт, 1999.Шахунянц Г.М. Земляное полотно железных дорог. – М.: Трансжелдориздат, 1953.

5. С.Я.Луцкий. Методические указания по сооружению земляного полотна на слабом основании, 2005.

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЕКТАМИ. ЭТАПЫ И ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТОВ

Мойко Д.С., студент, Телятникова Н.А., аспирант Научный консультант - д.т.н., профессор Шепитько Т.В.

На сегодняшний день в России широко распространены Управляющие компании и компании

девелоперы. Даже в условиях мирового кризиса, Россия пытается сохранить объемы и поддержать интенсивность строительства, в том числе – за счет технологии и новшеств по усовершенствованию управления проектами на российском рынке. Как особый вид профессиональной деятельности в России выделился девелопмент и управляющие компании.

Понятие «девелопмент» включает в себя следующие функции: консалтинг; систему управления предприятием по недвижимости, включающую материальное создание объектов недвижимости.

Основой девелопмента является управление инвестиционными проектами в сфере недвижимости, которое предполагает создание объекта недвижимости с нуля с доведением его до стадии “под ключ”.

Грамотное управление проектами является базовой составляющей успеха любого проекта, а также накладывает большую ответственность на управленца, ибо любой шаг может повлечь как благоприятный, так и плачевный исход в сроках реализации проекта и в возможных материальных перерасходах.

Практический опыт в составлении расписаний проектов, а также учета всех элементов управления проектами является необходимым критерием для эффективной работы над проектом. Управление строительными проектами включает в себя тройное ограничение, накладываемое содержанием, бюджетом и сроками его выполнения.

Отличительными чертами управления проектами, по сравнению с другими видами деятельности являются: направленность на достижение конкретных целей; координированное


53

выполнение взаимосвязанных действий; ограниченность во времени, с фиксированными датами начала и конца.

В строительных организациях и организациях девелоперах существует высокая потребность в программном обеспечении по календарному планированию, так как нахождение оптимального способа реализации проекта по времени при максимально эффективном использовании ресурсов является одним из важных факторов успеха.

Компьютерные программы оцениваются строительными организациями и организациями де-велоперами по критериям удобства и простоты в обращении. Они должны позволять выполнять следующие операции: создание календарных графиков производства работ с поддержкой различ-ных уровней иерархий; построение расписания ресурсов, расходования денежных средств по про-екту в целом и по каждому виду работ в отдельности; возможность планирования возобновляемых и расходуемых ресурсов; расчет и создание различных версий проектов с различными ограниче-ниями по времени и ресурсам, а также поиск наиболее приемлемой версии за счет оптимизации стоимостных и временных характеристик; анализ финансовой стороны проекта, составление смет; удобство составления базы данных проекта, экспорт и импорт в различные смежные базы данных – бухгалтерские и складские.

Системы управления проектами обеспечивают процессы ресурсного, календарного и стои-мостного планирования на основе различных методов управления проектами. Наиболее традици-онным методом управления проектами, используемым строительными организациями и компания-ми девелоперами, является его разбиение на четыре крупных этапа: формулирование проекта, планирование, осуществление и завершение. Определяются ключевые точки проекта, формируют-ся задачи и их взаимная зависимость.

В управлении проектами невозможно рассчитать и предусмотреть все возможные отклонения показателей от заданного графика, поэтому менеджер проекта должен производить анализ возможно-го влияния отклонений выполняемых работ на ход реализации проекта в целом и выработку соответ-ствующих управленческих решений.

Любой проект проходит через определенные фазы в своем развитии - стадии жизненного цикла проекта. Они могут различаться в зависимости от сферы деятельности и принятой системы организации работ но, у каждого проекта можно выделить следующие основные стадии: начальную (пред-инвестиционную), когда происходит непосредственное формулирование целей проекта; ста-дию планирования проекта; стадию реализации, то есть осуществления проекта; стадию заверше-ния работ по проекту. На первый взгляд эти составляющие могут показаться очевидными, но поня-тие жизненного цикла проекта является одним из важнейших для менеджера, поскольку именно текущая стадия определяет задачи и виды деятельности менеджера, используемые методики и инструментальные средства.

Формулирование проекта по существу подразумевает функцию его выбора. Проекты ини-циируются в силу возникновения потребностей, которые нужно удовлетворить, но в условиях де-фицита ресурсов невозможно удовлетворить все потребности без исключения - приходится делать выбор, в результате которого одни проекты получают право на реализацию, другие отвергаются. Решения принимаются, исходя из наличия ресурсов, финансовых возможностей, сравнительной важности тех или иных требований и потребностей, сравнительной эффективности проектов. Ре-шения по отбору проектов к реализации тем важнее, чем масштабнее проект, поскольку крупные проекты определяют направление деятельности на будущее и предполагают наиболее эффектив-ное использование ресурсов и возможностей их реализации. Для сравнительного анализа проектов на этапе их формулирования применяются методы проектного анализа, включающие в себя фи-нансовый, экономический, коммерческий, организационный, экологический, анализ рисков и другие виды анализа проекта. Системы планирования и управления проектами на этой стадии, как прави-ло, используются в ограниченном виде ввиду невозможности детализированного расчета ресурсов и компонентов проекта.

Планирование в том или ином виде производится в течение всего срока реализации проекта. В самом начале жизненного цикла проекта разрабатывается предварительный план - базовое представление о том, что потребуется выполнить в случае реализации проекта. Решение о выборе проекта в значительной степени основывается именно на оценках предварительного, базового пла-на. Формальное и детальное планирование проекта начинается после принятия решения о его реа-лизации. Определяются ключевые моменты (вехи) проекта, формулируются задачи (работы) и их взаимные зависимости. Именно на этапе планирования используются системы для управления проектами, предоставляющие менеджеру проекта набор методов для разработки базового плана: средства построения иерархической структуры работ, сетевые графики и диаграммы Гантта, сред-ства назначения и гистограммы загрузки ресурсов.

План проекта – это живой инструмент, который чаще всего не остается неизменным в течение жизненного цикла и по мере осуществления проекта подвергается постоянной корректировке с учетом текущей ситуации.

Осуществление. После утверждения базового плана на менеджера ложится задача по его реализации. Менеджер проекта обязан постоянно контролировать ход работ и изменение графиков их производства. Контроль заключается в сборе фактических данных о ходе работ и сравнении их с плановыми. Можно с уверенностью сказать, что в управлении проектами отклонения между плано-выми и фактическими показателями случаются всегда, поэтому, задачей менеджера является ана-лиз возможного влияния отклонений в выполненных объемах работ на ход реализации проекта в целом и в выработке компенсирующих управленческих решений. При отклонении от сроков выпол-


54

нения проекта, менеджером может быть принято решение о выделении большего количества ре-сурсов для ускорения выполнения той или иной работы, либо запараллеливание работ, для сокра-щения времени той или иной операционной фазы.

Завершение. Проект заканчивается, когда достигнуты его цели. Иногда окончание проекта бывает внезапным и преждевременным, в тех случаях, когда принимается решение прекратить проект до его завершения по графику. При завершении проекта его руководитель должен выпол-нить ряд мероприятий, характер которых зависит от характера проекта. Если в проекте использова-лось оборудование, надо произвести его инвентаризацию и, возможно, передать его для нового применения. В случае подрядных проектов надо определить, удовлетворяют ли результаты усло-виям подряда или контракта. Чаще всего, завершение проекта требует составления окончательного отчета, а промежуточные отчеты по проекту следует организовать в виде архива.

Таким образом, для эффективного управления необходимо привлекать квалифицированные кадры, которые грамотно могут реагировать на изменение рыночной среды и отслеживать все эта-пы реализации проекта, а также обеспечивать достаточное финансирование всех фаз и этапов проекта, что сделает возможным его успешную реализацию с должным качеством и в запланиро-ванный срок.

ОПАСНОСТИ ТЕХНОГЕННОГО, ПРИРОДНОГО И ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ХАРАКТЕРА

Новиков Н.А., студент Научный консультант - к.ф.н., доцент Степанов В.Е.

В жизни современного человечества все большее место занимают заботы, связанные с пре-

одолением различных кризисных явлений, возникающих по ходу развития земной цивилизации. Причиной тому, с одной стороны, то, что постоянный научно-технический прогресс не только спо-собствует повышению производительности и улучшению условий труда, росту материального бла-госостояния и интеллектуального потенциала общества, но и приводит к возрастанию риска аварий и катастроф и, прежде всего, больших технических систем. Это обусловлено увеличением числа и сложности, ростом единичных мощностей агрегатов на промышленных и энергетических объектах, их территориальной концентрацией. В России эти тенденции, присущие сегодня развитию мирового сообщества, усугубляются тем, что в условиях имеющего место длительное время экономического кризиса отмечается значительное старение основных фондов и падение производственной техно-логической дисциплины.

В связи с этим проблема защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций при-родного, техногенного и, обусловленного ими экологического характера стала весьма актуальной. Она сформировалась в последние годы в системе государственного регулирования страны как на-сущная и объективная потребность, определена как функция государства, о чем свидетельствует ниже приводимый материал.

Опасности и угрозы природного характера. Характеризуя природные опасности и угрозы, необходимо подчеркнуть следующее. На территории России, обладающей чрезвычайно большим разнообразием геологических,

климатических и ландшафтных условий, встречается более 30 опасных природных явлений. Основные потери при этом приносят: наводнения (около 30%); оползни, обвалы и лавины

(21%); ураганы, смерчи и другие сильные ветры (14%); сели и переработка берегов водохранилищ и морей (3%). Последовательность процессов в порядке уменьшения экономического ущерба не-сколько иная: плоскостная и овражная эрозия (около 24% всех потерь), подтопление территорий (14%), наводнения и переработка берегов (13%), оползни и обвалы (11%), землетрясения (8%).

В России зоны повышенной сейсмической опасности (от 6 баллов и выше, с периодом по-вторяемости 500 лет) занимают около 40% от общей площади, в том числе 9% территории относит-ся к 8-9 балльным зонам.

На территории России действиям тропических тайфунов чаще всего подвержены побережья Дальнего Востока, где они происходят от двух до пяти раз в год.

Угроза наводнений в России существует более чем для 40 городов и нескольких тысяч населен-ных пунктов.

Опасности и угрозы техногенного характера. Человечество ощутило и осознало техногенные опасности и угрозы позже, чем природные.

Лишь с развитием техносферы в его жизнь вторглись техногенные бедствия, источниками которых являются аварии и техногенные катастрофы. В табл.1 приведена классификация техногенных бед-ствий.

Следует отметить, что по степени потенциальной и реализованной опасности, объекты и технические системы делятся на следующие группы: оружие массового поражения (ядерное, хими-ческое, биологическое) и объекты оборонного комплекса; объекты ядерной энергетики и ядерного цикла; атомные реакторы (стационарные энергетические, транспортные, исследовательские, тех-


55

нологические комплексы); ракетно-космические комплексы; нефтегазовые комплексы; химические и биотехнологические комплексы с большими запасами опасных веществ; объекты энергетики; про-изводственные установки и транспортирующие комплексы; металлургические комплексы; объекты транспортных комплексов (наземные, надводные, подводные, воздушные); магистральные газо-, нефте-, продуктопроводы; уникальные инженерные сооружения (мосты, плотины, галереи, стадио-ны); горнодобывающие комплексы; крупные объекты гражданского строительства и промышленно-сти; системы связи, управления и оповещения.

Опасности и угрозы экологического характера. Технологическая мощь человека в сочетании с неумением решать экономические и социаль-

ные проблемы обернулась в настоящее время жестоким глобальным экологическим кризисом, ре-альность которого подтверждается множеством наблюдаемых изменений окружающей среды. Имеющий место экологический кризис отнюдь не сводится к проблемам загрязнения воздуха, воды, почвы, пищи, как представляется большинству политиков и даже ученых, не говоря уже о населе-нии. Сегодняшний экологический кризис – это нарушение биогеохимического круговорота в резуль-тате разрушения и угнетения человеком естественных экосистем и, как следствие, нарушение ус-тойчивости окружающей среды.

В России, прежде всего, имеет место антропогенное загрязнение окружающей среды, уровни которого превышают научно обоснованные допустимые значения. В стране, как и во многих других государствах, подверглись деградации значительные земельные площади, наблюдается снижение биоразнообразия, проявляются наметившиеся тенденции глобального потепления, над отдельны-ми регионами России возникают аномалии с озоновым слоем.

На территории России формирование радиационной обстановки, главным образом, опреде-ляется:

естественным радиационным фоном; глобальным радиационным фоном, обусловленным проводившимися ранее испытаниями

ядерного оружия; радиоактивным загрязнением территорий вследствие деятельности ПО «Маяк» и аварии в

1986 году на Чернобыльской АЭС; воздействием на окружающую среду предприятий ядерного топливного цикла, региональ-

ных и территориальных хранилищ радиоактивных отходов. Анализ тенденций развития основных природных, техногенных и экологических опасностей и

угроз и их прогноз на перспективу показывают, что на территории России в ближайшие годы будет сохраняться высокая степень риска возникновения крупномасштабных чрезвычайных ситуаций различного характера.

Прогнозируемый рост количества возникающих чрезвычайных ситуаций различного характе-ра будет вести к увеличению ущерба от них, который уже исчисляется в целом триллионами руб-лей в год. Это будет существенно тормозить экономический рост в стране, тормозить переход Рос-сии к стратегии устойчивого развития.

Следует отметить, что общей характерной особенностью природных, техногенных и экологи-ческих опасностей и угроз на современном этапе является их взаимосвязанный комплексный ха-рактер, выражающийся в том, что одно возникающее бедствие может вызывать целую цепочку дру-гих, более катастрофических процессов.

МОРОЗОСТОЙКОСТЬ БЕТОНА И ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ЕЕ ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ

Павкин А.В., студент Научный консультант - д.т.н., профессор Добшиц Л.М.

Как известно основной причиной разрушения бетона является попадание воды в поры мате-

риала и последующее ее замерзание, в результате этого перехода воды в лед в порах создается избыточное давление, в силах которого привести материал к разрушению. Вода заполнит все поры бетона на 80%, то разрушение будет происходить значительно быстрее, чем при естественном временном разрушении. Но на практике бетон выдерживает многократные циклы замораживания и оттаивания. Разрушение бетона начинается на поверхности. Это явление объясняется низкой теп-лопроводностью бетона, поэтому замерзание не распространяется далеко вглубь. Следовательно, напрашивается вывод - чем выше пористость материала, тем ниже показатели морозостойкости, причем важно не только количество, но и характер пор. Проблему представляют собой макропоры, особенно если они сообщаются, так как по ним распространяется вода. Микропоры не представля-ют собой проблему, так как замерзание воды происходит в них при температуре -50 0С. Наоборот, они полезны, потому что именно в них уходит вода при образовании и расширении льда. Поэтому важное значение имеет снижение удельного объема открытых пор, и увеличение доли условно-замкнутых пор, заполненных воздухом.


56

В бетон добавляют поверхностно активные добавки гидрофобизующего и гидрофилизующе-го действия. В качестве заполнителя целесообразно применять высококачественный щебень. Так-же очень существенное значение имеет величина водоцементного соотношения в бетонной смеси. Практика показывает, что невысокий расход воды и технология вибропресования жесткой бетонной смеси – это оптимальные условия для создания плотного, прочного и морозостойкого бетона.

Такие виды бетона применяются в различных наружных конструкциях, специальных соору-жениях подверженных постоянному действию воды и перепада температур. Большинство исследо-ваний, выполненных по проблеме морозостойкости бетона, посвящено механизму разрушения бе-тона под действием переменного замораживания и оттаивания и влиянию на этот процесс различ-ных факторов состава и структуры. Эти исследования позволили разработать научные основы про-гнозирования и обеспечения необходимой стойкости бетона к совместному действию воды и знако-переменных температур. Они учитывают влияние на морозостойкость бетона химико-минералогического и вещественного состава цемента и заполнителей, их физико-механических характеристик, особенностей порового строения бетона и его связь с составом и структурой, усло-вия уплотнения и твердения бетона, а также особенности его работы в конструкциях и сооружени-ях[1].

Установлено что мельчайшие поры, обусловленные контракцией, имея большой капилляр-ный потенциал, отсасывают воду из более крупных пор, в результате чего последние обезвожива-ются и заполняются паровоздушной смесью. Такие обезвоженные поры, блокированные цемент-ным гелем, не заполняются водой даже в условиях водного твердения. По мере твердения цемента и развития контракции в капиллярах происходит выделение избыточного воздуха. Пузырьки выде-ленного воздуха снижают степень заполнения капиллярных пор и таким образом способствуют по-вышению морозостойкости. Контракционный объем, который можно отнести к условно-замкнутой резервной пористости, для определения степени насыщения СН и других критериев морозостойко-сти целесообразно использовать для расчета капиллярной пористости формулу. Одна из первых попыток связать морозостойкость с величиной капиллярной пористости была сделана в работе. Формулу предлагается использовать с учетом отношения контракционной пористости к капилляр-ной, не менее 0,25-0,3. В работе предложен метод определения состава бетона с требуемой моро-зостойкостью. В зависимости от необходимой марки по морозостойкости, с учетом качества приме-няемого цемента и условий твердения, данный метод предлагает находить величину капиллярной пористости проектируемого бетона, устанавливать по справочным данным степень гидратации це-мента, а затем рассчитывать расход цемента, необходимый для получения требуемой морозостой-кости. При этом найденный расход должен быть не меньше требуемого из условия прочности. При проектировании составов учитывается в должной мере влияние на морозостойкость бетона основ-ного структурного параметра - соотношения замкнутых резервных и открытых капиллярных пор. Под условно-замкнутой пористостью понимается объем пор, не насыщенных водой. Интегральная пористость бетона рассчитывается по разности общей пористости и условно замкнутой пористости. В предложенный А.Е. Шейкиным и Л.М. Добшицем [1], критерий морозостойкости, позволяющий оценивать морозостойкость бетона, включен в объем вовлеченного воздуха.

Для расчета степени гидратации цемента может быть использована установленная различ-ными авторами взаимосвязь ее с прочностью цементного камня при сжатии.

Указанные зависимости, однако, не позволяют оценить степень гидратации цемента в бето-не с учетом как особенностей применяемого цемента, так и В/Ц бетонной смеси. Для решения этой задачи можно использовать выражение основного закона прочности, предлагаемого теорией искус-ственных строительных конгломератов.

Приблизительность расчетной оценки степени гидратации цемента, объема открытых и ре-зервных пор снижают прогностическую значимость структурных критериев морозостойкости. Для прогнозирования морозостойкости бетона и проектирования составов представляется целесооб-разным использовать уравнения связи морозостойкости, прочности бетона и объема вовлеченного воздуха [2]. Однозначная зависимость прочности бетона от активности цемента позволяет косвенно учесть степень гидратации цемента, а от Ц/В – плотность и пористость бетона. Анализ причин раз-рушения бетона под действием морозной деструкции показывает, что основными факторами, опре-деляющими морозостойкость бетонов, является водоцементное отношение, степень гидратации це-мента, соотношение между условно-замкнутыми (воздушными) и открытыми (интегральными) порами бетона.

Оптимизировав по этим параметрам структуру бетонов, возможно, получать высокоморозо-стойкие, долговечные бетоны [3]. Список литературы

1. Шейкин А.Е., Добшиц Л.М. Цементные бетоны высокой морозостойкости. – Л.:Стройиздат, 1989. – 128с.

2. Добшиц Л.М. Основы повышения долговечности бетонов для транспортных сооружений// Обеспечение качества бетона транспортных сооружений. Труды ОАО ЦНИИС. Вып. 236. – М.: ОАО ЦНИИС, 2006, с. 51 - 62.

3. Добшиц Л.М. Ресурсосберегающий способ подбора состава цементных бетонов// Ресур-сосберегающие технологии на железнодорожном транспорте/ Тезисы докладов конференции – М.: МИИТ, 1998.


57

ТОНКОСТЕННЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ БАЛКИ.

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКТИВНОГО РЕШЕНИЯ И РАСЧЁТА Полтораднев А.С., студент Научный консультант - д.т.н., профессор Ольхов Я.И.

Основное преимущество применения такого рода конструкций в строительстве – снижение

металлоёмкости. Ниже представлен краткий обзор трёх основных видов тонкостенных балок. 1. Балки с гибкой (очень тонкой) стенкой появились впервые в конструкциях каркасов лета-

тельных аппаратов, где для легкости стенки выполняли зачастую не из металла, а из прочной ткани (перкаль, брезент). Плоская стенка в такой балке теряет устойчивость в начальной стадии нагруже-ния, приобретая вторую устойчивую форму - в виде наклонно гофрированной (у опор, где преобла-дает сдвиг), либо вспарушенной (в зонах с преобладающими напряжениями сжатия) поверхности. После снятия нагрузки эти деформации стенок исчезают. В строительстве стали применять такие балки в 70-е годы текущего века.

Применение балок с очень тонкими стенками уместно при стабильном направлении действия статических временных нагрузок, поскольку работа таких балок при переменных по направлению, подвижных и динамических нагрузках еще недостаточно изучена.

2. Одним из путей снижения металлоемкости балок является гофрирование их стенок. В обычных балках толщина стенок, как правило, определяется не условием прочности, а требова-ниями местной устойчивости. Постановка поперечных ребер смягчает ситуацию, позволяя умень-шить толщину стенок и одновременно повышая крутильную жесткость балок, так как ребра играют роль диафрагм и обеспечивают неизменяемость контура поперечного сечения. Еще в середине 3-го десятилетия ХХ века появилась идея гофрирования стенок балок, которое еще более эффектив-но обеспечит желаемые результаты.

По трудоемкости изготовления и расходу металла балки с гофрированной стенкой выигры-вают и у балок с гибкой стенкой благодаря резкому снижению числа ребер жесткости, повышенной крутильной жесткости балок и высокой местной устойчивости стенки.

3. В первых десятилетиях текущего века у инженеров родилась оригинальная идея, позво-ляющая одновременно повысить эффективность использования металла и расширить диапазон использования проката. Стенка прокатного двутавра (швеллера) разрезается по зигзагообразной ломаной линии с регулярным шагом с помощью газовой резки или на мощных прессах и затем обе половины разрезанной балки соединяются сваркой в совмещенных между собой выступах стенки. Конечный результат приводит к увеличению высоты балки и позволяет перераспределить матери-ал сечения, концентрируя его ближе к периферийным волокнам (полкам) и существенно повышая такие геометрические характеристики сечения, как момент инерции и момент сопротивления. Обра-зуется своеобразная конструктивная форма - балка с окнами в стенке, напоминающими результат перфорации. Изменение высоты исходного сечения в полтора раза повышает примерно во столько же его момент сопротивления, и почти вдвое - момент инерции.

Балка с перфорированной стенкой рассматривается обычно как регулярная безраскосная система, главными элементами которой являются горизонтальные (поясные тавры) и вертикальные (простенки), рассматриваемые как условные стержни с нулевыми моментными точками (от вторич-ного изгиба поперечными силами) в середине длин этих элементов. Эта модель позволяет постро-ить методику приближенного расчета элементов сечения перфорированной балки, и именно она положена в основу рекомендаций СНиП II-23-81* о дополнительных требованиях по проектирова-нию балок с перфорированной стенкой.

ПЕШЕХОДНЫЙ МОСТ В СЕУЛЕ (по материалам журнала фирмы VSL)

Сафонов Ю.А., студент

На протяжении более пятидесяти лет в мире специалистов по технологии бетона идут поиски

различных химических добавок, позволяющих улучшить как технологические свойства, так и проч-ностные, деформативные и иные параметры бетона. В России применение добавок к бетонам рег-ламентировано рядом нормативных документов, а также рекомендациями ведущих научно – иссле-довательских институтов – НИИЖБ, ЦНИИС и др.

Одним из выдающихся примеров приготовления и применения бетона с добавками является разработка специалистов швейцарско – французской фирмы VSL. Данный бетон интересен тем, что имеет гораздо более высокую прочность, а также позволяет отказаться от конструктивного армиро-вания.


58

В ознаменование 100-летнего юбилея установления дипломатических отношений между Ко-реей и Францией городские власти Сеула и Французский комитет – 2000 согласились построить символический объект в столице Южной Кореи. Французский архитектор Руди Риккиотти предложил концепцию пешеходного моста и Боуге разработал детальный проект. Генеральным подрядчиком проекта стала фирма Донгянг.

В рамках корейского проекта фирма VSL совместно с проектировщиками Боуге ТР изготови-ла и установила шесть двадцатиметровых сегментных блоков из бетона по технологии Ductal, включая последующее натяжение высокопрочной арматуры и установку датчиков контроля вибра-ций (Tuned Mass Dampers - TMD).

Сегментные железобетонные элементы Ductal были смонтированы к концу 2001 года. Датчи-ки контроля вибраций были установлены к концу марта 2002 года.

Мост в своей центральной части представляет собой однопролетную арку длиной 120 м. и высотой подъема 15 метров. Береговые подходы решены в виде балочных эстакад (рис. 1).В попе-речном направлении главная арка состоит из двухребристой конструкции с верхней плитой на пол-ную ширину моста. Продольное армирование каждого ребра арки состоит из двух двенадцатипря-девых пучков по 6 проволок в каждой пряди и кроме того четыре девятипрядевых пучков по 6 про-волок в каждой пряди. В поперечном направлении устанавливается один или два пятипроволочных однопрядевых пучка на каждое поперечное ребро плиты.

Обычное армирование ненапрягаемой арматурой в этом случае исключено. Именно это об-стоятельство является главным для бетонов Ductal, которые имеют прочность на сжатие не менее 200 МПа, тогда как бетоны имеют этот показатель в пределах от 20 до 50 МПа.

Таким образом, за счет параметров этого особо высокотехнологичного бетона удалось сде-лать верхнюю плиту проезжей части толщиной всего 3 см, а ребра плиты расположить на расстоя-нии 122,5 см друг от друга (поперек оси моста).

Специалисты фирмы VSL считают, что использование бетона Ductal ведет к радикальным изменениям и улучшениям так же как бетон по сравнению с камнем, предварительно напряженный бетон по сравнению с обычным железобетоном.

Фирма VSL рекомендует следующие основные этапы по изготовлению элементов конструк-ций.

При изготовлении опалубки – избегать углов и оставлять возможность для последующей распалубки. Мягкие формы с применением прокладок из полистирола, позволяющие бетону сокра-щаться при твердении при необходимости могут применяться. Поверхность опалубки должна быть идеальной, чтобы избежать даже небольших пузырьков на бетоне.

Приготовление необходимой партии бетона Ductal: Отбирать только лучшие составляющие и замерять их вес очень тщательно. Смешивать их в

течение 15 минут, разливать в опалубке и накрывать. Можно для получения соответствующего цве-та изделия добавлять соответствующий краситель.

- Пропаривание элементов. После твердения бетонной смеси в течение не менее 1 суток перемещаем элемент из опа-

лубки в пропарочную камеру на 48 часов при температуре 90 0С, после чего извлекаем его. - Монтаж элементов. Монтаж осуществляется на предварительно смонтированные подмости, после чего осущест-

вляется преднапряжение по системе VSL. При необходимости устанавливается система контроля за вибрацией (TMD).

Составляющие бетонной смеси: премикс, фиброволокна, суперпластификаторы и немного воды.

Бетонные смеси, примененные фирмой VSL для строительства моста в Сеуле, относятся к так называемым “самоуплотняющимся бетонам” (СБ) , характерной особенностью которых являет-ся отсутствие расслаивания смесей после их укладки в опалубку и принятие ими проектного поло-жения без применения вибрации.

Современные СБ приготавливаются на суперпластификаторах нового поколения (в том чис-ле сополимеров эфиров карбоксилата). Они позволяют не только повысить технологичность приго-товления элементов конструкций, но и значительно улучшить прочностные и иные параметры гото-вой конструкции (в том числе и долговечность).

Изложенные в статье журнала VSL результаты применения для конкретного строительного объекта самоуплотняющихся бетонов свидетельствует об актуальности поиска новых и эффектив-ного внедрения имеющихся суперпластификаторов. В этой связи целесообразно также изучить “Ру-ководство по технологии изготовления самоуплотняющихся бетонов” разработанное Европейской федерацией по специальным химическим добавкам для строительства – EFNARC.


59

АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА НА ПОВЕРХНОСТИ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ЦИЛИНДРА

В ЛАМИНАРНОМ ВОЗДУШНОМ ПОТОКЕ Семак А.В., аспирант, Примачук А.В., студент Научный консультант - д.т.н., профессор Кондращенко В.И.

Задача по определению давления воздуха на поверхности тел возникает во многих практи-

чески важных случаях, в частности, при анализе особенностей ротационного уплотнения бетонных смесей с использованием пористых заполнителей и лопастных метателей. В нашем примере она рассматривается с некоторым приближением, заключающимся в том, что вместо шарообразной формы рассматривается цилиндрическая форма частиц, а вместо сжимаемой воздушной среды – несжимаемая жидкость. Такое приближение, безусловно, влияет на численные результаты, однако, на первом этапе такого анализа не менее важна качественная картина физического явления, по-зволяющая, в частности, выдвинуть научную гипотезу относительно физических процессов, сопро-вождающих формирования структуры бетона, получаемого методом ротационного уплотнения.

Исходные предположения. Плоско-параллельное движение цилиндра радиуса а, расклады-ваем на поступательное (со скоростью V∞) и вращательное (с угловой скоростью ω). При малых скоростях потока (примерно до 100 м/с) обтекание вращающегося цилиндра будет происходить плоским безвихревым потоком.

Все величины расходов жидкости, сил, приложенных к обтекаемому телу, и других величин будем относить к единице длины в направлении перпендикуляра к плоскости движения.

Задача сводится к интегрированию уравнения Лапласа

02

2

2

22 =

∂∂

+∂∂

=∇γϕ

χϕϕ ,

при определенных граничных условиях. В частности, для задачи о распределении давления ср по поверхности круглого цилиндра (рис. 1), который движется плоско-параллельно и при этом вращается, имеется следующее решение [1]:

2)sin*2(1 Dc p −−= ε , (1)

где ∞

=VaD ω .

Рис. 1. Схема движения цилиндра

(обозначения приведены в тексте)

Результаты решения задачи. Распределение коэффициента давления ср по контуру цилинд-ра для различных соотношений угловой и поступательной скоростей, характеризуемых параметром D, представлено на рис. 2.

Из приведенных на рис. 2 данных следует, что при метании пористого заполнителя на его поверхности будут наблюдаться помимо областей с пониженным давлением (ср < 0, обозначим как ср(-)), которые в бетонной смеси будут всасывать воду, снижая водоцементное отношение и повы-шая тем самым прочность цементного камня, также области с повышенным давлением (ср > 0, обо-значим как ср(+)), роль которых будет сводиться к дополнительному воздухововлечению в бетонную смесь, повышая тем самым морозостойкость бетона. Причем соотношение между площадью этих областей и глубиной степени разряжения может регулироваться скоростью метания пористых час-тиц.

Для более детального анализа закономерностей в распределении зон повышенных ср(+) и пониженных ср(-) давлений в зависимости от радиуса частиц а, скорости их вращения ω и линейно-го движения V ≈ V∞, был проведен вычислительный эксперимент, для которого в табл. 1 приведен план эксперимента, а в табл. 2 – результаты вычислительного эксперимента по определению мак-симальной величины повышенного срmax(+) и пониженного срmax(–) давлений на контуре цилиндри-


60

ческой частицы, значений угла ε, при котором достигаются соответственно максимальная εmax(+) и минимальная εmax(–) их величина, а также средние значения максимального сp(+)сред и минимально-го сp(–)сред давлений.

а)

б)

Рис. 2. Распределение давления ср на контуре цилиндра (а: ------ D = 1; D = 3; б: ------ D = 0,1; D = 0,5)

Приведенные в табл. 1 диапазоны варьирования переменных факторов назначали из усло-

вия реальных величин размеров частиц заполнителя (фракция 5-20 мм), линейной скорости мета-ния частиц, установленной из эксперимента (от 1 до 35-40 м/с), и предполагаемых значений скоро-сти вращения частиц заполнителя при их метании роторами.

Из приведенных в табл. 2 данных вычислительного эксперимента следует, что в достаточно широком диапазоне варьируемых факторов они не влияют на максимальную величину давления (срmax(+) = 1) на поверхности вращающейся и движущейся в воздушном потоке цилиндрической час-тицы и положение максимального значения пониженного давления (εmax(–) = 270 град.) на контуре частицы, незначительно влияют на среднее значение повышенного давления (сp(+)сред изменяется от 0,65 до 0,70), а положение максимума давления εmax(+) наблюдается в весьма ограниченном диапазоне дискретных значений углов в 1, 30, 171, 173 и 180 град.

Таблица 1 План эксперимента по изучению влияния варьируемых факторов

на распределение давления на контуре частицы Но-мер опыта

Значения варьируемых факторов в плане эксперимента

в относительных единицах в натуральных единицах

х1 х2 х3 a·10-3, м ω, c-1 V, м/с

1 1 1 1 10 100 40

2 1 1 -1 10 100 1

3 1 -1 1 10 2 40

4 1 -1 -1 10 2 1

5 -1 1 1 2,5 100 40

6 -1 1 -1 2,5 100 1

7 -1 -1 1 2,5 2 40

8 -1 -1 -1 2,5 2 1

9 1 0 0 10 51 20,5

10 -1 0 0 2,5 51 20,5

11 0 1 0 6,25 100 20,5

12 0 -1 0 6,25 2 20,5

13 0 0 1 6,25 51 40

14 0 0 -1 6,25 51 1

15 0 0 0 6,25 51 20,5


61

Таблица 2 Результаты вычислительного эксперимента

Номер Опыта

Значения функций отклика в точках плана эксперимента

срmax(+), отн.ед.

εmax(+), град.

срmax(–), отн.ед.

εmax(–), град.

сp(+)сред, отн.ед.

сp(–)сред, отн.ед.

1 1 1 -3,10 270 0,70 -1,78

2 1 30 -8,00 270 0,55 -4,55

3 1 180 -3,00 270 0,66 -1,83

4 1 1 -3,08 270 0,66 -1,83

5 1 180 -3,03 270 0,66 -1,83

6 1 173 -4,06 270 0,66 -1,94

7 1 180 -3,00 270 0,66 -1,83

8 1 180 -3,02 270 0,66 -1,83

9 1 1 -3,10 270 0,65 -1,78

10 1 180 -3,03 270 0,67 -1,83

11 1 1 -3,12 270 0,67 -1,83

12 1 180 -3,00 270 0,67 -1,83

13 1 180 -3,03 270 0,67 -1,83

14 1 171 -4,38 270 0,67 -2,00

15 1 180 -3,06 270 0,67 -1,83 В то же время варьирование рассмотренных параметров позволяет в широком диапазоне

влиять как на среднее (сp(–)сред изменяется от -1,83 до -4,55 отн. ед.), так и особенно максимальное (срmax(–) изменяется от -3,00 до -8,00 отн. ед.) значение пониженного давления, а, следовательно, и снижение водоцементного отношения в цементной матрице ротационно уплотняемого бетона.

а)

Точка плана эксперимента №1: а = 10 мм; ω = 100 с-1; V =40 м/с; срmax(+) = 1; ср(+)сред .= 0,7; срmax(–) = 3,1; ср(-)сред. = 1,78.

б)

Точка плана эксперимента №2: а = 10 мм; ω = 100 с-1; V = 1 м/с; срmax(+) = 1; ср(+)сред. = 0,55; срmax(–) = 8; ср(-)сред. = 4,55.

в)

Точка плана эксперимента №3: а = 10 мм; ω = 2с-1; V = 40 м/с; срmax(+) = 1; ср(+)сред. = 0,66; срmax(–) = 3; ср(-)сред. = 1,83.

г)

Точка плана эксперимента №5: а = 2,5 мм; ω = 100 с-1; V = 40 м/с; срmax(+) = 1; ср(+)сред. = 0,66; срmax(–) = 3,02; ср(-)сред. = 1,83.


62

д)

Точка плана эксперимента №14: а = 6,25 мм; ω = 51 с-1; V= 1м/с; срmax(+) = 1; ср(+)сред. = 0,66; срmax(–) = 4,38; ср(-)сред. = 2.

Рис. 3. Влияние варьируемых пара-метров:а – радиуса цилиндра, ω – его угловой и линейной V скорости на рас-пределение повышенного ср(+) и пони-женного ср(–) давлений на поверхности цилиндрической частицы

На рис. 3 показано влияние варьируемых параметров на распределения давлений вращаю-

щейся цилиндрической частицы, движущейся в потоке воздуха с линейной скоростью V. Из приведенных на рис. 3 данных следует, что при прочих равных условиях, скорость части-

цы оказывает наибольшее влияние, как на абсолютные значения варьируемых факторов, так и кар-тину изменения зон распределения давлений на поверхности частицы в целом (см. рис. 3,а и 3,б), а изменение размеров частицы в четыре раза (с 10 до 2,5 мм), не оказывает существенного влияния на изменение давлений на ее поверхности (см. рис. 3,а и 3,г); в этом отношении более значитель-ное влияние оказывает скорость вращения частицы (см. рис. 3,а и 3,в). В тоже время одновремен-ное изменение размеров и скорости вращения заполнителя по влиянию сопоставимо на изменение скорости метания частиц (см. рис. 3,б и 3,д).

Таким образом, данные численных экспериментов, с одной стороны, позволяют сформули-ровать научную гипотезу о дополнительном воздухововлечении и снижении водоцементного отно-шения бетонной смеси пористым заполнителем, при ее ротационном уплотнении, и, с другой сто-роны, убедительно показывают на принципиальную возможность управления в достаточно широком диапазоне этими важными технологическими параметрами, при ротационном уплотнении легкобе-тонных смесей за счет регулирования рассмотренных в работе варьируемых факторов. Список литературы

1.Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа (7-е изд. – 2003 г.). – М., – 840 с.

КОММУНИКАЦИИ КАК СРЕДСТВО ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ Семенова И.А., студент Научный консультант - к.ф.н., доцент Степанов В.Е.

Коммуникационный процесс – это обмен информацией между двумя или более людьми.

Основная цель коммуникационного процесса – обеспечение понимания информации, являющейся предметом обмена, т.е. сообщений. Однако сам факт обмена информацией не гарантирует эффек-тивности общения участвовавших в обмене людей.

В процессе обмена информацией можно выделить четыре базовых элемента (рис. 1). 1. Отправитель, лицо, генерирующее идеи или собирающее информацию и передающее

ее. 2. Сообщение, собственно информация, закодированная с помощью символов. 3. Канал, средство передачи информации. 4. Получатель, лицо, которому предназначена информация и которое интерпретирует ее. При обмене информацией отправитель и получатель проходят несколько взаимосвязанных

этапов. Их задача – составить сообщение и использовать канал для его передачи таким образом, чтобы обе стороны поняли и разделили исходную идею.

Основные этапы процесса коммуникаций: Зарождение идеи. Обмен информацией начинается с формулирования идеи или отбора

информации. Отправитель решает, какую значимую идею или сообщение следует сделать предме-том обмена. К сожалению, многие попытки обмена информацией обрываются на этом первом эта-пе, поскольку отправитель не затрачивает достаточного времени на обдумывание идеи.

Кодирование и выбор канала. Процесс трансформирования идеи в обращение, которое может быть передано. Кодирование в коммуникационном процессе начинается с выбора системы кодовых знаков. Система кодирования должна быть известна получателю. В качестве системы кодовых


63

знаков могут выступать: речевые системы, в основе которых лежит устная речь; системы письма; знаки телодвижений; язык жестов; видеосистемы; звуковые системы (например, азбука Морзе) и т.д.

Рис. 1. Простая модель процесса обмена информацией.

В результате кодирования формируется обращение. Смысл обращения представляет собой принадлежащие отправителю идею. При этом отправитель рассчитывает, что обращение воспримется адекватно заложенному в него смыслу.

Передача. На третьем этапе отправитель использует канал для доставки сообщения (закодированной идеи или совокупности идей) получателю. Речь идет о физической передаче сообщения, которую многие люди по ошибке и принимают за сам процесс коммуникаций.

Декодирование. Для того, чтобы процесс коммуникации был завершен, передаваемый блок информации должен быть раскодирован таким образом, чтобы быть приемлемым для получателя. Чем тщательнее декодируется передаваемый блок информации, тем эффективнее коммуникация.

Обратная связь и помехи. Правило искажения – продвигаясь по инстанциям снизу вверх, информация искажается. Значение обратной связи. Разумеется, обратная связь дает возможность начальнику определить, насколько

эффективны его коммуникации и “уточнить передаваемый блок информации” в будущих коммуникациях.

В условиях организации обратная связь может быть осуществлена многими путями. При коммуникации в виде разговора с глазу на глаз администратор может добиться непосредственной (прямой) обратной связи в виде устного обмена мнениями с принимающим или в виде более деликатных средств, таких как выражение на лице несогласия или непонимания. Или же в противном случае администратор будет вынужден обратиться к непрямым (косвенным) средствам обратной связи. Эффективный руководитель старается быть осведомленным о результатах своих коммуникаций и оценить значение коммуникации в достижении целей организации.

Обратная связь заметно повышает шансы на эффективный обмен информацией, позволяя обеим сторонам подавлять шум. На языке теории передачи информации шумом называют то, что искажает смысл. Источники шума, которые могут создавать преграды на пути обмена информацией, варьируют от языка (в вербальном или невербальном оформлении) до различий в восприятии, из-за которых может изменяться смысл в процессах кодирования и декодирования, и до различий в организационном статусе между руководителем и подчиненным, которые могут затруднять точную передачу информации.

Формулирует или отбирает

Отправитель Идея

Получатель Сообщение

Понята ли идея

Кодирует и вы-бирает канал

Декодирует

Передает по каналу


64

ОПОРНЫЕ МУЛЬТИСЕРВИСНЫЕ СЕТИ НА ОСНОВЕ

РАДИОРЕЛЕЙНЫХ ЛИНИЙ Сериков А.А., студент

Современные экспертные оценки признают, что линии связи на основе радиорелейного обо-рудования во многих случаях могут быть альтернативой волоконно-оптическим (ВОЛС). Дело не только в дешевизне радиорелейных линий, но в том, что за 60-летнюю историю развития радиоре-лейной связи оборудование РРЛ достигло такого технического уровня, что качество построенных на его основе линий не уступает ВОЛС. При этом оно позволяет оперативно развертывать сети связи с различной топологией: "звезда", "магистраль", "кольцо" и пр., а также может быть использовано в условиях, когда прокладка оптического кабеля невозможна.

В настоящее время в России сертифицировано около 200 типов радиорелейных станций отечественного и импортного производства, которые применяются для решения телекоммуникаци-онных задач различного уровня сложности: от организации линии связи между офисами, до развер-тывания распределенной мультисервисной сети передачи данных масштаба города или области.

Специалисты рекомендуют При построении больших сетей связи помимо выбора необходимого оборудования особое

значение имеет технология его включения и определение топологии сети. Диапазон рабочих радиочастот: 10,38 - 10,68 ГГц. Гарантированная дальность связи, обес-

печиваемая оборудованием в условиях прямой видимости, составляет 30 км. Выбор оборудования определяется наличием удобного интерфейса Ethernet, приемлемым набором технических харак-теристик, доступной ценой.

Радиочастотный план Как известно, радиочастотный ресурс ограничен, поэтому использовать его следует эконом-

но. Проект сети РРЛ, кроме сведений о количестве и месторасположении сетевых узлов, должен содержать информацию о номиналах рабочих радиочастот.

"Астра" и 'Woccom",наиболее часто используемые системы, являются полнодуплексными: для работы одной линии связи требуется две частоты. Разнос между частотами приема и передачи должен быть не менее 155 МГц.

При правильном составлении частотного плана можно обойтись всего одной парой частот для построения опорной сети связи масштаба крупного города с населением несколько миллионов человек. Такой подход позволяет экономить средства как при получении разрешения на использо-вание рабочих радиочастот.

При использовании одной пары радиочастот число узлов в опорном кольце сети должно быть четным, что позволяет чередовать частоты приема и передачи в шахматном порядке.

Последняя миля Возможно использование РРЛ и для организации абонентских линий связи (проблема "по-

следней мили"). Для этого рабочие частоты всех передатчиков и приемников на одном объекте должны быть одинаковыми. Пример построения сети подобного типа показан на рисунке, где схе-матично изображены узлы опорной сети передачи данных. Они соединены между собой радиоли-ниями и объединены в кольцо. Верхние и нижние рабочие частоты РРС обозначены на схеме сим-волами X и Y.

Радиорелейная линия состоит из двух дополняющих друг друга полукомплектов приемопе-редатчиков. Если передатчик одного полукомплекта имеет рабочую частоту X, то приемник другого полукомплекта должен быть настроен на частоту Y и наоборот. Кроме того, на схеме видно, что все оборудование, установленное на узле 1, передает радиосигнал на частоте X и принимает на часто-те Y. Таким образом, полностью исключается взаимное влияние расположенного на одной площад-ке оборудования. По такому же принципу устанавливается оборудование на других узлах сети.

Оборудование сети Оборудование РРЛ, установленное в узлах опорной сети (включая абонентские линии), под-

ключается к коммутаторам Cisco Catalyst 2900XL. С помощью этих коммутаторов, поддерживающих протоколы STP и UDLD и обладающих необходимой для данного проекта производительностью, происходит управление потоками данных в сети на уровне Ethernet.

На абонентских узлах для подключения оборудования РРЛ рекомендуется использовать лю-бое Ethernet-оборудование, поддерживающее принудительное включение режима Full Duplex, что повышает пропускную способность канала и позволяет избежать коллизий в сети.

Выбор антенн В зависимости от длины радиолинии следует применять антенны с разным коэффициентом

усиления. Антенна - единственный усиливающий элемент приемной системы, который не вносит собственных шумов и не ухудшает сигнал, поэтому при увеличении длины линии рекомендуется увеличивать размер антенны, а не мощность радиопередатчика.

Стандартные параболические антенны диаметром 60 см позволяют получить устойчивую, не зависящую от погодных условий радиосвязь на расстоянии 15-25 км в зависимости от "чистоты" трасы (наличия радиопомех). Для расстояний более 25 км необходимо использовать параболиче-ские антенны большего диаметра (90-120 см.).

Расположение антенных постов


65

Для размещения оборудования РРЛ обычно используются крыши высоких зданий или спе-циальные антенные мачты. Длина кабеля от радиооборудования до оборудования Ethernet может достигать 400 м. что дает дополнительные возможности при установке приемопередатчика на не-обходимой высоте. Корпус приемопередатчика и антенна должны быть надежно заземлены.

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОДОЛЬНЫХ БАЛОК ПРОЕЗЖЕЙ ЧАСТИ С БМП

Тановицкий Ю.Ю., аспирант

Одним из современных способов определения напряженно-деформированного состояния

элементов пролетных строений является программный комплекс MSC.PATRAN [1-2]. Напряженное состояние, зависит от типа прокладного слоя, конструкции мостового полотна

на БМП, временной нагрузки, остаточных сварных напряжений, натяжения шпилек. Напряжения в зонах сварных швов верхнего пояса имеют высокую цикличность изменения, что повышает веро-ятность возникновения усталостных трещин в зонах сварных швов.

Напряженно-деформированное состояние в верхнем поясе балки в значительной степени зависит от типа прокладного слоя. В табл. 1 приведены характеристики материала прокладного слоя: модуль упругости Е и коэффициент Пуассона μ, принятые в расчетах.

В работе [6] рассмотрены сварные балки, которые испытывались на усталостную проч-ность. Установлена важная закономерность, определяющая места образования трещин усталости от действия подвижной нагрузки. Закономерность состоит в том, что в сжатой зоне трещины уста-лости образуются в сечениях, расположенных на расстоянии, равном (0.1-0.2) длины отсека от ближайшего ребра жесткости. При этом повреждаемая панель находиться около середины проле-та балки.

Таблица 1 Характеристика материала

Материал Характеристики Е, кг/см2 μ, отн. ед.

Сталь 2100000 0,30 Бетон 350000 0,20 Полиуретан 280 0,49 Транспортерная лента 2000 0,49 Дерево (хвойной породы) 815 0,02

Проведенный нами анализ напряженно-деформированного состояния конструкции про-

дольных балок показал, что наиболее нагруженный участок сварного шва располагается на рас-стоянии 4.90 м от оси поперечной балки, что соответствует ближайшему отсеку от середины бал-ки (длина отсека 1337 мм) и отстоит на расстоянии 350 мм от ближайшего ребра жесткости. Это соответствует расстоянию 0.26 длины отсека. Что соответствует хорошей сходимости экспери-ментальных и расчетных данных.

На рисунке 1 показан исследуемый участок сварного шва.

Рис. 1. Исследуемый участок сварного шва

Практически все элементы пролетного строения в условиях эксплуатации подвергаются не-установившемуся нагружению, при котором амплитуды цикла меняются во времени по тому или


66

иному закону. Поэтому оценка выносливости элементов пролетного строения в большинстве слу-чаев сводится к расчету при нестационарной переменной напряженности.

Рис. 2. Зависимость коэффициента асимметрии цикла ρ от предварительного натяжения шпилек в БМП с разными прокладными слоями

Проведенные исследования выносливости конструкционных материалов и деталей, при не-

стационарном нагружении, свидетельствуют о том, что на процесс накопления повреждений в ма-териалах, условия возникновения и роста усталостных трещин, оказывают влияние многие факто-ры, в том числе, свойства материала, характер изменения напряжений во времени, способ нагру-жения, тип напряженного состояния, и степень его неоднородности, конструктивная форма и абсо-лютные размерам элемента.

Одним из основных показателей влияния характера изменения напряженного состояния на вы-носливость принятый в настоящей работе, является коэффициент асимметрии цикла ρ=σmin/σmax [3]. На рисунке 2 показана зависимость изменения коэффициента асимметрии цикла ρ от усилия предвари-тельного натяжения шпильки для разных типов прокладного слоя. В таблице 1 приведены значения ρ, полученные при натяжении шпилек на N=6000 кг.

В таблице 2: σx – напряжения от нагрузки, вдоль шва (рис. 3). σz – в поперечном направлении шва. σ1 – суммарные напряжения с учетом остаточных напряжений, вдоль шва. σ2 – в поперечном направлении шва. τmax – наибольшее касательное напряжение. ρσ1 – коэффициент асимметрии цик-ла, вдоль шва. ρσ2 – в поперечном направлении шва.

Таблица 2

Фибровые напряжения в шпильках c учетом преднапряжения и изгиба

Вариа

нт

нагруж

е-ни

я

N=6000 кг, σ=1578 кг/см2

σx σ1 σz σ2 τmax τmax/σ1 ρσ1 ρσ2 Γ Rв Бетон

5. -138 2862,00 -42,00 958,00 952,00 0,33 0,95 0,96 1,00 3000

Полиуретан 5. -1060 1940,00 -374,00 626,00 657,00 0,34 0,65 0,63 1,00 3000

Транспортерная лента 5. -701 2299,00 -335,00 665,00 817,00 0,36 0,77 0,67 1,00 3000

Транспортерная лента и дерево 5. -743 2257,00 -372,00 628,00 814,50 0,36 0,75 0,63 1,00 3000

Дерево 5. -768 2232,00 -351,00 649,00 791,50 0,35 0,74 0,65 1,00 3000


67

Zσ

Yσ

Xσ

Рис. 3. Расположение координатных осей.

Анализ данных рисунка 2 показывает, что коэффициент асимметрии цикла ρ понижается с

ростом предварительного натяжения шпилек в плитах БМП. Этот процесс протекает в сварном шве с высокой деформативностью (податливостью) прокладного слоя: чем выше податливость про-кладного слоя, тем ниже коэффициент ρ. С уменьшением ρ снижается сопротивление сварного шва усталости, его выносливость.

В современных расчетах [7] при оценке выносливости стальных элементов расчетное сопро-тивление определяется по формуле:

Rв=R γ, где R – расчетное сопротивление стали; γ – коэффициент понижения расчетного сопротивления металла.

На основании полученных данных определены значения расчетных сопротивлений Rв для сварного шва, с различными прокладными слоями и разными уровнями предварительного натяже-ния.

Анализ полученных данных показывает, что влияние предварительного натяжения шпилек и остаточного напряжения, не оказывает существенного влияния на расчетное сопротивление Rв, а следовательно, и выносливость.

Установлено, что пластические свойства стали, как и других материалов, зависят от так на-зываемой «жесткости» напряженного состояния [4], которая характеризуется отношением:

max

max

στα = ,

где τmax — наибольшее касательное напряжение; σmax — наибольшее положительное приведенное нормальное напряжение.

Чем меньше это отношение, тем больше «жесткость» напряженного состояния и тем в меньшей степени проявляются пластические свойства стали.

В связи с этим представляет большой практический и научный интерес изучение характера релаксации остаточных напряжений и пределов их суммирования с другими напряжениями в зави-симости от «жесткости» напряженного состояния [5]. Построена кривая зависимости предела сум-мирования остаточных напряжений от «жесткости» суммарного напряженного состояния для стали Д16 (рис. 4).

Зона пластических деформаций

3000

3500

4000

4500

5000

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60α=t max/σmax

σm

ax, кг/см

2

Зона упругой работы элемента

Рис. 4. График зависимости предела суммирования от «жесткости»

напряженного состояния.

Для нахождения плоского напряженного состояния в сварном шве заданы остаточные на-пряжения от сварки 3000 кг/см2 вдоль шва и 1000 кг/см2 – поперек. Эти напряжения суммирова-


68

лись с напряжениями от нагрузки и усилия натяжения шпилек. Из полученных суммарных напря-жений σ1 и σ2 находим m ax 1 2( ) / 2τ σ σ= − .

2000

2200

2400

2600

2800

3000

3200

3400

3600

3800

4000

0,240 0,250 0,260 0,270 0,280 0,290 0,300 0,310 0,320 0,330tmax/σ1, кг/см2

σ max

, кг/см

2

ЭталонБетонПолиуретанТрансп. лентаТрансп. лента и деревоДерево

Рис. 5. График зависимости предела суммирования от «жесткости»

напряженного состояния По результатам расчета предела суммирования от «жесткости» напряженного состояния

сварного шва продольной балки построен график на рисунке 5. Максимальное значение σmax не превышает 2924 кг/см2, которое соответствует прокладному слою из бетона. Значение α нахо-диться в пределах 0.320. Значение α для прокладного слоя из полиуретана находится в пределах 0.24 – 0.28 и σmax не превышает 2610 кг/см2.

Все полученные результаты лежат в зоне упругой работы (ниже кривой), не зависимо от типа прокладного слоя и натяжения шпилек. Таким образом, релаксации остаточных напряжений при суммировании остаточных напряжений с напряжениями от нагрузки в сварном шве происхо-дить не будет.

Степень опасности одного и того же по форме концентратора напряжений в сварном шве за-висит не только от величины и знака напряжений на участке, где он расположен, но и от характера напряженного состояния на этом участке.

Все это указывает на необходимость избегать в сварных конструкциях полей высоких оста-точных напряжений, «жесткость» которых характеризуется величиной α, близкой к нулю. Список литературы

1. Т а н о в и ц к и й Ю . Ю . Применение программного комплекса MSC.PATRAN для расче-та мостового полотна на плитах. Журнал «Вестник МИИТа», М.: МИИТ, 2007. – 75с.

2 . О с и п о в В. О., Т а н о в и ц к и й Ю . Ю . Напряженно-деформированное состояние шпилек в мостовом полотне на железобетонных плитах. Искусственные сооружения на железнодо-рожном транспорте // Сборник, вып. 1. – М.:МИИТ, 2007. – С.89.

3. О с и п о в В. О. Долговечность металлических пролетных строений эксплуатируемых железнодорожных мостов. – М.: Транспорт, 1982. – 287 с.

4. Ша п о ш н и к о в Н . А . Механические испытания металлов. Машгиз, 1954. 5. О с и п о в В . О . Результаты исследования релаксации остаточных напряжений и их

суммирования с напряжениями от нагрузки при плоском напряженном состоянии. – М.: Труды МИИ-Та, 1960. – С.120

6. Горпинченко В.М. Разработка метода расчета на выносливость и создание надежных и эффективных конструкций балок для подвижной нагрузки. – М.: Госсторой, 1983. – 315 с.

7. СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы/Минстрой России. - М.:ГУП ЦПП, 1996. – 213с.

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОЛУЧЕНИЯ ДРЕВЕСНОГО МАТЕРИАЛА – БИОПЛАСТИКА

Тарарушкин Е.В., аспирант Научный руководитель - д.т.н., профессор Кондращенко В.И.

В данной статье рассматривается задача математического моделирования получения экологи-чески чистого древесного материала − биопластика, путем направленной биотрансформации при-родных полимеров древесины


69

Древесина и другие растительные остатки представляют собой комплекс различных сложных органических веществ. Основными компонентами, присутствующими в древесине всех видов, яв-ляются три основных структурных полимера – целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин. Конструкцион-но, лигнин выполняет функции клея, целлюлоза - армирующее вещество, а гемицеллюлоза осуще-ствляет связь между ними. В связи с этим для получения древесных композиционных материалов без применения синтетических вяжущих необходимо в древесном и другом растительном сырье освободить лигнин путем направленной биотрансформации древесных частиц. Для этих целей наиболее подходят дереворазрушающие грибы, вызывающие белую гниль Panus Tigrinus – 144.

Количество освобожденного лигнина в сырье связанно с параметрами биотехнологического процесса – количество биомассы и фермента, состоянием субстрата (сырья) и, прежде всего, его дисперсностью. С целью установления этой связи построим математическую модель биоконверсии гемицеллюлоз. Для этой стадии разрушения древесины грибами белой гнили характерно потребле-ние гемицеллюлоз и практически отсутствие изъятия лигнина. По мере гидролиза гемицеллюлозы содержание лигнина в зоне реакции нарастает, а лекгогидролизуемых гемицеллюлоз снижается. По мере увеличения количества освобожденного лигнина процесс потребления гемицеллюлоз замед-ляется.

Примем, что лигноцеллюлозный субстрат состоит из частиц пластинчатого строения толщиной Но , и с удельной поверхностью Кs. Площадь поверхности S лигноцеллюлозного субстрата [Lc] счи-тается постоянной и связанной с его начальной концентрацией соотношением S=Ks[Lc]o. Считаем, лигноцеллюлозы [Lc] состоят их трех компонентов: лигнина [L], целлюлозы [Сc] и гемицеллюлоза [Са]. При этом [Lc]= [L]+ [Сc]+ [Са]. Для удобства расчетов гемицеллюлозу и целлюлозу объединим в общее название полисахариды [С]=[Сc]+ [Са].

Изменение доли полисахаридов в частице аппроксимируем следующим выражением: ( )rHHdDH 01 /= . (1)

Изменение доли полисахаридов в частице при росте на них лигнинразрушающих грибов, с уче-том (1), будет иметь следующий вид:

[ ][ ][ ]

[ ]0

1

101

0

CCdd CLd

C

H

−

= , (2)

где [С]о и [С] – соответственно начальное и текущее содержание полисахаридов. Деградация компонентов лигноцеллюлоз протекает с различными скоростями, более медленно

конвертируемый микроорганизмами лигнин будет накапливаться в зоне реакции. Концентрация лигнина [Li] в зоне реакции определяется как разность между начальной концентрацией лигноцел-люлоз [Lс]о и содержание лигноцеллюлоз [Lс]* с учетом текущей концентрации полисахаридов:

[ ] [ ] [ ][ ][ ]

[ ]0001

0

CCLL CLd

C

CC =∗. (3)

Концентрация лигнина в результате изъятия полисахаридов с поверхности частиц составит:

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ][ ]

[ ][ ] 01

0

000 1

CLdC

CCCi CCLLLL ⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡−=−= ∗

. (4)

Снижение концентрации полисахаридов в сырье связано с потреблением их микроорганизмами для поддержания своей жизнедеятельности. Уровень изъятия полисахаридов определяется кон-стантами биотехнологического процесса, в течение которого их концентрация на поверхности час-тиц изменяется следующим образом:

[ ] [ ] [ ]kССС += 0 , (5) где [С]к – количество полисахаридов, конвертируемое в биомассу о начала процесса до дости-

жения ею максимального значения, т.е. до конца стадии активного роста микроорганизмов. Исходя из баланса веществ в системе, суммарное количество полисахаридов, конвертируемое в

биомассу, составит:

[ ] [ ] ( )efYEYXC ExkK ++= ∗ //α , (6) где α – доля критической биомассы от соответствующей предельной величины; Xk – предельное критическое значение биомассы; [E]* - концентрация фермента в сырье на момент достижения биомассой значения Xk; Yx,YE - экономические коэффициенты, соответственно, для образования биомассы и ферментов; f(e) – параметр, учитывающий затраты на поддержание жизни микробной биомассы и потери, связанные с лизисом клеток и инактивацией ферментов.

Количество биомассы определяется: [ ] mECKkKXX isEk /0αα == . (7)

Концентрация фермента в среде на момент достижения биомассой максимального значения определяется следующим выражением:

[ ] [ ] [ ] ( )[ ]akECKKECkE sg −+=∗ 1/1 1010α , (8)

где KE – константа адсорбции фермента.


70

Тогда количество полисахаридов, конвертируемое в биомассу, можно рассчитать по следующей зависимости:

[ ] [ ] [ ] ( )[ ]EsEExgK YkECKKYmYKECkС αα −++= 1//1/ 1010 ,(9)

где k – константа, показывающая, какое количество сахаров образуется из 1 г субстрата, г; Ks – удельная поверхность субстрата, см2/г; E1 – величина предельного насыщения ферментом едини-цы поверхности субстрата г/см2; Kg – константа скорости гидролиза полисахаридов адсорбирован-ным ферментом; m – константа жизнеподдержания.

Константа освобожденного лигнина в растительном сырье с учетом (5) и (9) определяется вы-ражением:

[ ] [ ] [ ] ( )

[ ][ ]

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−

++−−=01

0

1111

10

10

CLdC

Es

E

Ex

gsCi YkECK

KYmY

KEkKLL

αα

(10)

где YE=0,7 Yx. Анализ полученного выражения показывает, что количество освобожденного лигнина в сырье

зависит от уровня биомасс, фермента, дисперсности субстрата и скорости гидролиза полисахари-дов. Максимальное количество освобожденного лигнина в сырье будет наблюдаться при достиже-нии биомассой и ферментом предельной величины.

Освобожденный лигнин, благодаря своей биостойкости, экранирует полисахариды, и не позво-ляет лигнинразрушающим грибам удалить их из растительного сырья. Степень экранирования по-верхности полисахаридов связана с количеством освобожденного лигнина. После введения кон-станты h, показывающей, какое количество лигнина полностью экранирует единичную поверхность полисахаридов, содержащихся в 1 г субстрата, можно получить выражение для доли полисахари-дов на поверхности частиц с учетом изъятия компонентов лигноцеллюлоз:

[ ] [ ]( )hLLdD Ci /11 −= , (11) где d1 – доля полисахаридов на поверхности частиц древесного сырья.

Достаточные прочные и устойчивые связи в древесине способны образовать лигнин и частично гидролизованные полисахариды.

В связи с этим, как показывает анализ выражений (10) и (11), в древесном сырье после воздей-ствия лигнинразрушающего гриба создаются все условия для образования пластика без примене-ния синтетических вяжущих – освобождается лигнин и при этом сохраняется достаточное количест-во полисахаридов.

ОЦЕНКА ТИПА И ПЛОЩАДИ КОНТАКТА ДРЕВЕСНЫХ ЧАСТИЦ В БИОПЛАСТИКАХ

Тарарушкин Е.В., аспирант Научный руководитель - д.т.н., профессор Кондращенко В.И.

Одной из причин более низкой прочности древесных прессованных композиционных

материалов, полученных методами биотехнологии – биопластиков, может служить пониженная, в сравнении с традиционными древесными прессованными композиционными материалами, типа ДСП или ДВП, на синтетических связующих, площадь контакта биоактивированных древесных частиц, обусловленная особенностями их строения.

Для количественной оценки влияния клеточного строения древесины на фактическую площадь контакта Sф примем во внимание, что прочность и модуль упругости древесины вдоль волокон (поперечная грань) примерно в десять раз выше этих показателей поперек волокон (радиальная и тангентальная грани). Для определенности будем рассматривать древесину хвои, размеры клеток которой имеют в среднем размеры ДР = 40-50 мкм, ДТ = 20-30 мкм и Δ = 4-5 мкм (рис. 1) и длину 2500-3500 мкм.

Вследствие повышенной пластичности поперек волокон при продольном контакте (см. рис. 2) древесина одной частицы под нагрузкой будет входить, и заполнять клеточные пустоты другой за счет сминания межклеточных перегородок.

Дополнительным аргументом в пользу такого допущения следует отнести и повышенную пластичность биоактивированных древесных частиц. Тем самым продольный контакт будет представлять собой пластический контакт. Соотношение между фактической площадью контакта SП

Ф и номинальной SПН задается формулой, которая получена из условия заполнения клеточных

пустот на контакте продольных поверхностей:

SПФ = SП

Н [1 + ДТ /(ДР + Δ)] .(1)


71

Рис. 1. Строение в поперечном разрезе годичного кольца (а) и клеток (б) древесины хвои ВГ.К. – ширина годичного кольца; Др – радиальный размер клетки; ДТ – то же тангентальный; ∆ − толщина клеточной стенки

(Рr – средняя пластина; S1-3 – слои клеточной стенки)

В случае смешанного контакта (см. рис. 2) торцевая грань частицы будет проявлять упругие свойства, а радиальная и тангентальная грани – пластические, т.е. смешанный контакт будет проявлять упругопластические свойства. В этом случае фактическая площадь контакта SС

Ф из-за клеточных пустот торцевой грани будет ниже номинальной SС

Н = а×в, соотношение между которыми установим из геометрических размеров клеток древесины (см. рис. 1):

SСФ = SС

Н{(ДрΔ+ДmΔ+ΔΔ)/[(Др+Δ)(Дm+Δ)]} .(2) При торцевом контакте частиц (см. рис. 2) вследствие высоких прочностных и упругих

показателей древесины вдоль волокон сминанием клеточных перегородок можно пренебречь и, тем самым, торцевой контакт будет относиться к упругому контакту.

Рис. 2. Схемы контактов частиц а) торцевой контакт;

б) смешанный контакт; в) продольный контакт.

В этом случае формула (2) будет определять максимально достижимую площадь

торцевого контакта SСФ, получаемую при полном совпадении межклеточных перегородок двух

частиц, что маловероятно. Поэтому фактическая площадь торцевого контакта SТФ будет не только

ниже номинальной величины SТН = а×в, но и площади SС

Ф.

Рис. 3. Схема торца частицы площадью SСФ (а) и образования площадью S2Ф (б) при торцевом

контакте

Рис. 4. Зависимость коэффициента КТ0Ф от соотношения размеров клеток древеси-ны ДТ: ДР (при ∆ = 4,5 мкм)


72

Составим соотношения для фактических и номинальных площадей при продольном КП1Ф = SП

Ф/SПН, смешанном КС1Ф = SС

Ф/SСН и торцевом КТ1Ф = SТ

Ф/SТН = КТ0Ф SС

Ф/ SТН контактах

биоактивированных древесных частиц. Тогда для клеток хвои по формулам (1) и (2) значения выше приведенных коэффициентов составят: КП1Ф = 1,51; КС1Ф = 0,23 и КТ1Ф = 0,23 КТ0Ф.

Значение коэффициента КТ0Ф установим методом статистических испытаний при случайном наложении поперечных решеток, имитирующих торцевую поверхность частицы с параметрами, равными размерам клеток древесины хвои (рис. 3). Число ячеек в решетке n×m варьировали в пре-делах 35×50−55×80 шт. При этом число испытаний r в опыте составляло 5000. При наложении ре-шеток угол их ориентации относительно друг друга α принимали случайной величиной, равномерно распределенной в интервале [0; π]. Из рис. 4, на котором приведены результаты имитационного моделирования, наложения торцевых поверхностей древесных частиц, находим коэффициент КТ0Ф = 0,24, при котором КТ1Ф = 0,23 КТ0Ф = 0,23 0,24 = 0,06.

Таким образом, фактическая площадь поперечного контакта будет составлять 6%, а сме-шанного − 23% от площади торцевой грани биоактивированной древесной частицы, в то время как для продольного контакта этот показатель составляет 151%. Тем самым контакты поперечного и смешанного типов приводят к образованию неплотностей и будут представлять собой дефекты структуры биопластика. При осмолении такие дефекты возникают только при недостаточном расхо-де синтетического связующего. Очевидно, что для уменьшения дефектности биопластика следует снижать площадь таких контактов, что может быть достигнуто применением частиц вытянутой фор-мы, так как, например, при соотношении сторон 1:1:1 доля поперечных граней в них составляет 33%, а при соотношении 1:1:5 − только 9% общей поверхности частиц.

СОВРЕМЕННЫЕ СЕЙСМОИЗОЛИРУЮЩИЕ И ЭНЕРГОПОГЛАЩАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Титов В.Ю., студент

Существует большое количество различных сейсмоизолирующих и энергопоглощающих уст-

ройств для мостовых конструкций. Наиболее часто используемые в мостостроении типы опорных частей – это эластомерные (резинометаллические) опорные части, фрикционные маятниковые сейсмоизолирующие опорные части, фрикционные скользящие сейсмоизолирующие опорные час-ти.

Рис.1. Резинометаллическая опорная часть со свинцовым стержнем

Эластомерные (резинометаллические) опорные части выполнены из синтетической рези-

ны. При установке на опоры эластомерные опорные части на вертикальные воздействия работают как обычные опорные части, так как имеют достаточно большую жёсткость в вертикальном направ-лении. Относительно малая жёсткость в горизонтальном направлении позволяет использовать их в качестве сейсмоизоляторов. Эластомерные опорные части могут использоваться в широком диапа-зоне температур от -40 до +50 0С

Стальная плита для распределения вер-тикальной нагрузки и для передачи сдвиговых усилий

Защитная стальная пластина

Стальные армирующие пластины, закрепляющие свинцовый стержень

Слои эластомера, обеспечивающие горизонтальную податливость

Свинцовый стержень, для восприятия ветровых нагрузок и уменьшения пере-мещений вследствие диссипации энер-


73

Характеристики эластомерных опорных частей приводятся в многочисленных проспектах фирм изготовителей. В последние годы широко используются эластомерные опорные части со свинцовым вкладышем (Рис. 1)

Опорные части, которые известны в мире под маркой (LRB) или (DIS), используются как для усиления сейсмостойкости существующих старых мостов, так и для строительства новых [2]. Эф-фективность таких опорных частей обусловлена высокой диссипацией энергии свинцовой вставкой. Такая опорная часть ведёт себя как упруго пластический элемент.

Фрикционные маятниковые сейсмоизолирующие опорные части. Скользящие маятниковые опорные устройства предназначены для уменьшения динамических воздействий, передающихся на сооружения и отдельные его элементы, при землетрясениях.

Конструкция маятниковых опор содержит две сферические поверхности - верхнюю и нижнюю, которые при колебаниях скользят одна относительно другой. При горизонтальных перемещениях пролётного строения часть кинетической энергии трансформируется в потенциальную, которая соз-даёт возвращающую упругую силу.

Рис.2. Гистерезисные кривые: сдвигающая сила (кН) – перемещение (мм): для обычной резинометаллической опорной части (пунктирные линии)

и для резинометаллической опорной частисо свинцовым сердечником (сплошные линии)

Такие опорные устройства называются самоцентрирующимися. В расчётах такие опоры мо-делируются упругими элементами (пружинами), коэффициент жёсткости которых при горизонталь-ных перемещениях определяется отношением:

HWKR

= , (1)

где W – давление на опору, R – радиус сферической поверхности.

Рис.3. Принципиальная схема маятниковой скользящей опоры

В тех случаях, когда необходимо, чтобы опорное устройство обладало и демпфирующими свойствами, между поверхностями располагается слой, увеличивающий силу трения. Коэффициент трения между скользящими поверхностями определяет величину рассеиваемой энергии и может меняться в зависимости от требований от 5 до 35%. Количественная величина рассеиваемой энер-гии определяется площадью петли гистерезиса, которая находится при лабораторных испытаниях опорных устройств.

Период собственных горизонтальных колебаний пролётных строений, установленных на са-моцентрирующиеся маятниковые опоры, не зависит от массы пролётного строения и является функцией радиуса сферических поверхностей опор:

gRT π2= . (2)


74

Рис.4. Гистерезисные кривые скользящей опоры SIP и скользящей маятниковой опоры

Эффективный коэффициент жёсткости при горизонтальных смещениях определяется выра-жением:

DW

RWK eff

μ+= , (3)

где μ – коэффициент трения, D – перемещение. Безразмерный коэффициент демпфирования может быть выражен через перемещение и ко-

эффициент трения:

RD /2

+=

μμ

πβ . (4)

Величину подъёма конструкции (вертикальное перемещение) при горизонтальном переме-щении по сферической поверхности можно определить по формуле:

RD

V

2

21

≅δ . (5)

Тот факт, что период колебаний конструкции на маятниковых сейсмоизоляторах не зависит от массы поддерживаемой конструкции, даёт большие преимущества по сравнению с эластомер-ными опорными частями, поскольку, при выборе эластомерных сейсмоизоляторов, необходимо учесть целый ряд факторов. Для того чтобы увеличить период колебаний при использовании эла-стомерных изоляторов, необходимо увеличить их высоту, на которую накладываются ограничения по условию устойчивости. При использовании фрикционных маятниковых опорных частей измене-ние периода можно добиться простым изменением радиусов опорных частей. Другим преимущест-вом фрикционных маятниковых опорных частей является высокая несущая способность, до 130 000 кН.

Для увеличения демпфирующих свойств конструкции и уменьшения величин реакций на сейсмические воздействия в дополнение к скользящим маятниковым опорам монтируют гидравли-ческие демпферы.

Гидравлические демпферы практически не меняют реакций сооружений, при воздействии медленно меняющихся сил (температурные напряжения, усадка и т.д.).

При быстроменяющихся динамических нагрузках, возникающих при воздействии землетря-сений, при движении и остановке транспортных единиц гидравлические демпферы включаются в работу, обеспечивают поглощение и рассеяние энергии, ограничивая величину реакций.

Вязкие гидравлические демпферы представляют собой цилиндры, наполненные маслом или силиконом, внутри которых перемещаются поршни. Поршни, перемещающие жидкость внутри ци-линдра, создают силу сопротивления.

В соответствии с данными фирмы MAURER гидравлические демпферы типа MHD обеспечи-вают с одной стороны существенное поглощение энергии при колебаниях, вызванных землетрясе-ниями, с другой максимальная сила, передающаяся с демпфера на крепление, является ограничен-ной по величине и точно определённой. Графики зависимостей реакций демпферов типа MHD от пе-ремещений и от скорости приведены на рис. 5 и рис. 6.

Фрикционные скользящие сейсмоизолирующие опорные части. Одним из наиболее попу-лярных и распространённых способов сейсмоизоляции мостовых конструкций является использо-вание фрикционных скользящих опорных частей. Поглощение энергии в этих опорных частях про-исходит за счёт работы сил трения и рассеяние её в виде тепла в окружающее пространство. Осо-бенностью этих устройств является широкий диапазон частот, в котором они эффективно рассеи-вают энергию сейсмических воздействий и уменьшают амплитуды колебаний элементов конструк-ций.


75

Рис. 5. Зависимость силы (реакции) демпфера MHD от перемещения пролётного строения. Вид петли гистерезиса (по данным фирмы MAURER)

Рис. 6. Зависимость силы (реакции) демпфера MHD от скорости колебаний пролётного строения (по данным фирмы MAURER)

За последнее время предложено большое количество конструкций опорных частей такого

типа. Рассмотрим одну из них, наиболее удачную и получившую широкое распространение (Рис.7). Это устройство было впервые предложено Mostaghel и Khodaverdian в 1987 году и известны под маркой R-FBI: резино-фрикционные изоляторы [3].

Опорные части состоят из набора концентрических стальных пластин с тефлоновым покры-тием. В центре внутри опорной части находится резиновый сердечник и несколько резиновых стержней, расположенных на некотором расстоянии от центра.

Рис.7. Фрикционная опорная часть марки R-FBI

Резиновые стержни не несут вертикальной нагрузки, поэтому вулканизируются внутри опор-

ной части и обеспечивают распределение относительных перемещений пластин по высоте пере-мещений. Такая комбинация подвижных пластин и резины обладает фрикционными и упругими свойствами. Упругие и демпфирующие характеристики таких опорных частей определяются в ре-зультате лабораторных испытаний.


76

Список литературы

1. Zlang, R. Seismic Isolation and Supplemental Energy Dissipation. Bridge Engineering Hand-book. Ed. Wai-Fah Chen and Lian Duan Boca Raton: CRC Press, 2000. Ch.41.

2. Безухов Н.И., Лужин О.В., Колкунов Н.В. Устойчивость и динамика сооружений в приме-рах и задачах. 3-е изд., перераб. М.:- Высш. шк., 1987. – 264 с.

3. Бирбраер А.Н. Расчёт конструкций на сейсмостойкость. – СПб.: Наука, 1998, – 255 с.

ЯВЛЕНИЯ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ПОГРУЖЕНИИ СВАЙ Титов В.Ю., студент

Для устройства свайных фундаментов применяют забивные, винтовые и набивные сваи. В

настоящее время на стройках массовое применение (более 90% от общего объема применяемых свай) получили главным образом забивные железобетонные сваи квадратного сечения 0,2х0,2...0,4х0,4м длиной до 20 м. Используются также винтовые металлические сваи, восприни-мающие в равной мере как вдавливающие, так и выдергивающие нагрузки. Набивные сваи в нашей стране широкого распространения не получили. Во многих зарубежных странах свайные фундамен-ты изготовляют преимущественно буронабивным способом.

Сваи заводского изготовления погружают в грунт приложением внешней вертикальной или наклонной нагрузки (забивные сваи) или в сочетании ее с парой сил, действующих в перпендику-лярной плоскости (винтовые сваи). Этими силами преодолеваются силы сопротивления грунта по-гружению в него сваи.

Для интенсификации процесса погружения забивных свай реализуются два основных на-правления: создание технических средств, с помощью которых можно обеспечить требуемые для погружения свай нагрузки при уменьшенной массе оборудования, и средств, изменяющих силовое взаимодействие сваи с грунтом по разделяющим их поверхностям и уменьшающим тем самым со-противляемость грунта погружению сваи, что в конечном счете приводит к снижению требуемых внешних нагрузок, а следовательно, и к меньшей массе оборудования. В первом случае применяют сваебойное оборудование свайные молоты, которые передают свае ударную нагрузку. Дополни-тельно к вдавливающей нагрузке, которая передается в виде сил гравитации собственных и взаи-модействующих с ней рабочих органов, свае передается часть кинетической энергии падающего на нее ударного рабочего органа. Ударный метод погружения свай широко применяют в строительст-ве, практически в любых грунтовых условиях, кроме скальных.

Второе направление реализовано в конструкциях вибропогружателей, которые нагружают сваю периодически изменяемой по значению и направлению возмущающей нагрузкой высокой час-тоты. Вследствие высоких мгновенных относительных знакопеременных скоростей в пограничной со сваей зоне резко снижается коэффициент внутреннего и внешнего трения грунта, который при-обретает свойства жидкости, чем снижается его сопротивляемость погружению сваи. В результате вибрационного силового взаимодействия сваи с грунтом для ее эффективного, соизмеримого по скорости с другими способами, погружения достаточно небольшой гравитационной пригрузки. Этот метод весьма эффективен при погружении свай в водонасыщенные песчаные грунты, а также дру-гие грунты пластичной консистенции. По сравнению с ударным способом в указанных грунтах виб-ропогружением можно повысить производительность труда в 2,5-3 раза при снижении стоимости работ в 1,5-2 раза.

С уменьшением влажности грунтов для погружения свай с использованием виброэффекта к ним требуется прикладывать большие статические или динамические (ударные) вертикальные на-грузки. Способы погружения свай сочетанием указанных нагрузок называют соответственно виб-ровдавливанием и виброударным погружением. Каждую из составных частей нагрузок при погруже-нии свай вибровдавливанием (вибрационную и вдавливающую) передают на сваю различными ме-ханизмами вибровдавливающего агрегата. Виброударную нагрузку можно генерировать одним ме-ханизмом вибромолотом.

Для завинчивания свай можно применять все перечисленные методы с тем, однако, отличи-ем, что реализующие их механизмы должны обладать возможностью передавать свае пары сил в горизонтальной плоскости. В строительной практике применяют кабестаны устройства, осуществ-ляющие статический способ передачи вращающих сил. Вертикальная пригрузка сваи при этом спо-собе ее погружения обязательна, особенно на начальном этапе, когда лопасти сваи еще недоста-точно защемлены грунтом. Завинчиванием можно погружать сваи в щебенисто-галечные, гравийно-песчаные. глинистые, а также мерзлые (песчаные и глинистые) грунты.

Перед устройством ростверков конструкций, объединяющих сваи и служащих для передачи нагрузки от надземной части здания на сваи и грунтовое основание, головы погруженных в грунт свай выравнивают на проектной отметке, срубая их пневматическими молотками и газовой резкой или срезая специальными устройствами, называемыми сваерезами. Набивные сваи изготовляют на месте путем заполнения предварительно пробуренной скважины бетонной смесью с уплотнением или без него. Скважины образуют бурением (вращательным, ударным, вибротермомеханическим),


77

пробивкой штампами различной формы, иногда с раскаткой или сочетанием этих способов. В плот-ных грунтах скважины разрабатывают без крепления стенок, а в обрушающихся грунтах с исполь-зованием обсадных труб, которые оставляют в скважине или извлекают из нее по мере ее заполне-ния бетонной смесью. Уширения в скважинах образуют режущими или уплотняющими уширителями рабочих органов, или с помощью камуфлетного взрыва, не вызывающего деформаций грунта за пределами означенной зоны. В большинстве случаев эти уширения выполняются в едином техно-логическом процессе с устройством тела сваи. Помимо описанного способа устройства набивных свай, по содержанию которого эти сваи называют буронабивными, известны также другие способы вибронабивной, виброштампованный. Для механизации работ по устройству набивных свай ис-пользуют общестроительные машины и оборудование (бурильные, бетоносмесительные, машины для транспортирования, укладки и уплотнения бетонной смеси и др.), а также специальные маши-ны, реализующие те же принципы, но приспособленные для наиболее эффективного выполнения рассматриваемых работ.

Резонансные явления в сваях при вибропогружении

Рис. 1. Свая, загруженная гармоническим сжимающим усилием

Рассмотрим сваю конечной длины, один из концов которой жёстко закреплён. К другому кон-

цу приложим нагрузку. Чтобы решить задачу в аналитическом виде, нагрузку принимаем гармони-ческой. Тогда граничные условия для жёстко закреплённого конца сваи описываются следующими выражениями:

0,0 == uz . (1) Для другого конца сваи имеем:

( )tpzuEhz ωsin, 0−=∂∂

= , (2)

где h – длина сваи, ω – частота вынуждающей силы, u – перемещение. Запишем частотное дифференциальное уравнение в виде функции от z и функции от t.

2

2

2

2

tu

zuE

∂∂

=∂∂ ρ , (3)

т.к. вынуждающая сила гармоническая, то будем искать его решение в виде:

( ) ( )tzWu ωsin= . (4) Подстановка данного решения в дифференциальное уравнение (3) показывает, что оно

удовлетворяет этому уравнению при условии, что функция W(z) удовлетворяет уравнению (5):

Wcdz

Wd2

2

2

2 ω−= , (5)

где c = ρ/E - скорость колебаний.

( )( )ch

czE

cpzW

/cos/sin)( 0

ωω

ω−= [1]. (6)

Уравнению (5) удовлетворяют граничные условия (1) и (2). Совместив (4) и (6), получим:

( ) ( )( ) ( )t

chcz

Ecptzu ω

ωω

ωsin

/cos/sin, 0−= . (7)

Можно легко проверить, что это решение удовлетворяет дифференциальному уравнению (3) и не противоречит граничным условиям (1) и (2).

Рассмотрим движение свободного конца сваи:

( ) ( )tuthu ωsin, 0= , (8)


78

где

( )chtgE

cpu /00 ω

ω−= . (9)

Амплитуда вынуждающей силы может быть записана следующим образом [1]:

( ) 00 /u

chtgcEAF

ωω

= . (10)

Интересен частный случай, когда частота вынуждающей силы ω равна одной из собствен-ных частот системы, это случай резонанса:

( ) ,...2,1,0,2

12 =+== khckkπωω . (11)

В таком случае cos(ω h/c) = 0 и амплитуда перемещения, как видно из уравнения (9), стано-вится бесконечно большой, наблюдается явление резонанса.

В инженерной практике скорость колебаний вынуждающих усилий, погружающих сваю дли-ной 20м, приблизительно равна 3000 м/с. В гражданском строительстве практикуют погружение свай с небольшой по величине частотой. При относительно большой частоте ω = 20 с−1 величина ω h/c равна 0.13, что значительно меньше, чем для собственных частот (наименьшей из которых соответствует величина ω h/c = π /2).” [1]

В соответствии с уравнением (10) в данном случае имеем:

00:1/ uh

EAFch ≈<<ω . (12)

Это означает, что свая может рассматриваться в первом приближении, как пружина без мас-сы и без демпфирования. В случае медленного погружения свай и когда сваю можно рассматривать как достаточно жёсткий элемент (свая из бетона, стали) динамический анализ может быть сведён к рассмотрению движения отдельной пружины.

Данное допущение возможно не всегда. Например, в случае мягкого материала (почва) ско-рость распространения колебаний не высока.

Можно говорить о том, что для сведения нежелательных динамических эффектов к нулю по-грузка должна быть настолько медленной, чтобы частота погружения была значительно меньше по величине, чем наименьшая собственная частота системы.

Вибрации тоннельной обделки метрополитена при погружении свай Рассмотрим явления, возникающие при погружении свай на примере вибраций тоннельной

обделки метрополитена на перегоне между станциями «Сокол» и «Аэропорт». Сотрудниками ка-федры “Подземные сооружения” были произведены измерения на перегоне «Сокол» - «Аэропорт». В ходе измерений фиксировались уровни вибраций тоннельной обделки при сооружении бурона-бивных свай диаметром 0,8м и длиной 6м по «щадящей» технологии. Сваи сооружались на рас-стоянии 2-3м от тоннельной обделки.

Для измерения вибраций использовался измерительный комплекс на базе измерителя общей и ло-кальной вибрации ОКТАВА-101ВМ с трехкомпонентным вибропреобразователем PCB PIEZTRONICS M317A41. Датчик устанавливался на стене тоннельной обделки, на высоте 2,1м от уровня головки рельса.

-0,08

-0,06

-0,04

-0,02

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

м/с2

с

Рис. 2. Фрагмент акселерограммы колебаний тоннельной обделки

при бурении сваи

Для обработки данных механических вибраций использовались специальные программы: «Win Pos», «ПОС» и «Signal+».


79

По результатам измерений, уровни вибраций от бурения сваи и заливки бетона не превы-шают уровень фона в тоннеле. Максимальные значения замеренных ускорений не превышают 0,04-0,05м/с2. Фрагмент акселерограммы колебаний тоннельной обделки при бурении сваи представлен на рис. 2.

На заключительном этапе сооружения сваи, при установке арматурного каркаса вибропогру-жателем, уровни вибрации выделяются от общего фона. Это происходит в тот момент, когда арма-турный каркас упирается в землю, а вибропогружатель еще не отключен. Максимальные значения замеренных ускорений достигают значения 0,2м/с2. Фрагмент акселерограммы представлен на рис. 3. Для сравнения на рис. 4 и 5 представлены акселерограммы колебаний путевого бетона и тон-нельной обделки при проходе электропоезда в тоннеле метрополитена.

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

36 41 46 51

м/с

2

с Рис. 3. Фрагмент акселерограммы колебаний тоннельной обделки при погружении арматур-ного каркаса

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

5 10 15 20м

/с2

с Рис. 4. Фрагмент акселерограммы колебаний путевого бетона при проходе электропоезда в тоннеле метрополитена

-0,5-0,4-0,3-0,2-0,1

00,10,20,30,4

7 12 17 22

м/с

2

с

Рис. 5. Фрагмент акселерограммы колебаний тоннельной обделки при проходе электропоезда в тоннеле метрополитена

По результатам исследований можно говорить о следующих фактах, сопутствующих вибра-

циям, возникающим в тоннельной обделке при вибропогружении свай: – максимальные уровни вибраций тоннельной обделки при сооружении буронабивных свай

«щадящим» методом вблизи перегонного тоннеля сопоставимы с уровнями вибраций при прохож-дении электропоезда;

– максимальные уровни вибраций путевого бетона, записанные при прохождении электропо-езда в тоннеле, приблизительно в пять раз превышают максимальные уровни вибраций тоннельно обделки, записанные в процессе сооружения буронабивных свай «щадящим» методом вблизи пе-регонного тоннеля. Список литературы

1. Arnold Verruijt, Soil dynamics, Delft University of Technology, 2005. -p.57- 76. 2. E.A.L. Smith, Pile driving analysis by the wave equation, Trans, 1962. 3. F.E. Richart, J.R. Hall and R.D. Woods, Vibrations of Soils and Foundations, Prentice-Hall,

Englewood Cliffs, 1970.


80

ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТА СДВИГУ НА ОЦЕНКУ НАДЕЖНОСТИ УЧАСТКОВ ПУТИ НА ОПОЛЗНЕВЫХ

КОСОГОРАХ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПЕРЕВОЗОЧНОГО ПРОЦЕССА

Тутаева Т.С., студент

Участки пути, расположенные на оползневых косогорах, до сих пор остаются «барьерными»

на сети железных дорог России. Повышение безопасности перевозочного процесса возможно за счет повышения надежности таких участков пути.

Оценка состояние пути, как вероятность его безотказной работы, на основе теории надежно-сти осуществляется путем определения потока отказов. В то же время состояние оползневого косо-гора количественно можно определить путем нахождения коэффициента устойчивости. Поэтому становится целесообразным основным критерием оценки надежности назначить величину коэффи-циента устойчивости. И тогда отказом будет являться случай получения kуст ≤ 1.

Как указывал еще Г.М. Шахунянц в своих работах, коэффициент устойчивости не остается постоянным, а изменяется во времени под действием различных факторов. Из множества факторов оползневого процесса, вероятностный характер изменения величине коэффициента устойчивости в первую очередь придает влияние атмосферных осадков, которые изменяют влажностный режим оползневого склона. В зависимости от влажности меняются и характеристики сопротивления грунта сдвигу, определяемые различными методами, основанными чаще всего на уравнении Кулона.

Получение характеристик сопротивления грунта сдвигу в лабораторных условиях осуществ-ляется на различных приборах с использованием различных схем проведения испытания, которые отличаются между собой характером предварительной подготовки образца к опыту и скоростью приложения сдвигающего усилия в процессе проведения опыта.

Существует множество работ, посвященных определению зависимости прочностных харак-теристик от изменения влажности. Однако особенностью оползневых грунтов является то, что если поверхность уже сформирована, то даже при небольшом ее смачивании могут возникнуть опасные деформации, хотя характеристики грунта, полученные при естественной влажности и ее изменении, могут оказаться достаточно высокими. Поэтому важным становится выбор семы проведения испы-тания грунта на сдвиг.

Поскольку лабораторные испытания должны проводиться в условиях, максимально прибли-женных к естественным, необходимо проанализировать результаты испытания грунта на сдвиг, проводимые по двум основным схемам:

1) сдвиг неконсолидированный при естественной влажности; 2) сдвиг, ускоренный по подготовленной и смоченной поверхности («плашка по плашке»). Приведенные в таблице 1 результаты лабораторных испытаний грунта на сдвиг на примере

глины, отобранной на 1782 км перегона ст. Комсомольская – ст. Тверская значительно отличаются друг от друга.

Получение исходной информации к определению устойчивости оползневого косогора чаще всего осуществляется с использованием только традиционных методов и средств, современные геофизические методы используются недостаточно. Однако, строение оползневого склона и нали-чие трещиноватых зон, склонных к обводнению, а также определение положения поверхности воз-можного смещения, которая чаще всего формируется на контактах различных инженерно-геологических элементов, невозможно достоверно описать, имея характеристику строения склона лишь в точке взятия образца.

Эти и многие другие задачи легко решаются на основе применения современных геофизиче-ских методов. Проектирование противооползневых мероприятий становится затруднительным без получения геофизических данных, позволяющих с наименьшими материальными затратами и за-тратами времени определить границу коренных пород, зону трещиноватого легко обводняемого грунта, положение поверхности возможного смещения и другие характеристики оползневого склона. Поскольку обследование может проводиться в сухой летний период, используя только традицион-ные методы невозможно определить, как изменится влажностный режим оползневого косогора в период избыточного увлажнения. Применение геофизических методов позволяет определить зону трещиноватого грунта, в которой в период избыточного увлажнения по сформированной поверхно-сти смещения характеристики сопротивления грунта резко снижаются и принимаются согласно схе-ме на рис. 1.

Таблица 1

Результаты определения характеристик сопротивления грунта сдвигу в лабораторных условиях для глины, отобранной на 1782 км перегона

ст. Комсомольская – ст. Тверская Северо-Кавказской ж.д.

Скважина и глубина Характеристики при естест-венной влажности (схема 1)

Характеристики при ускоренном сдвиге по подготовленной и смо-ченной поверхности (схема 2)


81

С, кПа

φ°

С, кПа

φ°

Количество 4 4 10 10

Нормативное значение 136 15,2 10,6 5,7

Коэффициент вариации 0,124 0,196 0,565 0,503

Расчетное при α = 0,95 116,2 11,7 7,13 4,04

При расчете устойчивости с использованием характеристик, полученных по схеме 1, получен

kуст = 6,08, а по схеме 2 – kуст = 0,80. Разработка вероятностных моделей оценки надежности на основе использования геофизи-

ческих методов, стала возможной, приняв следующее предположение: в зависимости от количества выпавших атмосферных осадков, грунт оползневого косогора может сохранять характеристики со-противления грунта сдвигу при естественной влажности. Может быть увлажнена верхняя часть грунтового массива вследствие обильного выпадения атмосферных осадков в текущем месяце, а также накопление количества выпавших осадков за несколько месяцев, что приводит к насыщению подземных вод, что в свою очередь, приводит к переувлажнению нижележащих трещиноватых сло-ев грунта, определяемых по данным геофизического обследования.

Рис. 1. Схема к определению вероятностной модели

Условные обозначения: 1 – массив оползневого грунта мало трещиноватого; 2 – массив оползневого трещиноватого грунта, легко подверженного водонасыщению;

3 – массив грунта, не подверженный оползанию

Таблица 2

Характеристика вероятностных моделей

Вероятност-ная модель

Условия возник-новения

Назначение прочностных характеристик в рас-чет устойчивости

зона А зона Б ззона В

Модель 1 Qтек ≤ Qтек

ср Qнак2 ≤ Qнак2


ср схема 1 схема 1 схема 1

Модель 2 Qтек > Qтек




Модель 3 Qтек ≤ Qтек

ср Qнак2 > Qнак2



Модель 4 Qтек > Qтек





82

00,20,40,60,8

11,21,4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

2005время

Куст

Рис. 2. Изменение величины коэффициента устойчивости по объекту 1780 км ПК 8-10 пе-

регона ст. Комсомольская – ст. Тверская в 2005 год

Используя схему на рисунке 1, и характеристику вероятностных моделей в таблице 3, для участка пути на 1780 км перегона ст. Комсомольская – ст. Тверская Северо-Кавказской ж.д., были получены 4 коэффициента устойчивости, и построен график их изменения в зависимости от коли-чества выпавших атмосферных осадков в 2005 году (рис.2).

Согласно приведенного графику можно подсчитать, что надежность 1780 км ПК 8-10 не пре-вышает 0,42.

Характеристики сопротивления грунта сдвигу играют очень важную роль в оценке надежно-сти участков пути, расположенных на оползневых косогорах.

На сегодняшний день противооползневые мероприятия проектируются на основе детерми-нированных расчетов устойчивости, принимая наименьшие характеристики сопротивления грунта сдвигу. Поэтому запас прочности и стоимость таких мероприятий оказываются значительно завы-шенными.

На основе разработанных вероятностных моделей предложен метод определения надежно-сти участков пути, с учетом вероятности изменения характеристик сопротивления грунта сдвигу, зависящих от влажностного режима оползневого косогора.

Разработанные вероятностные модели учитывают только один фактор оползневого процес-са – количество выпавших атмосферных осадков. Однако подобная схема позволяет учитывать и такие немаловажные факторы, как сейсмичность, изменение грузонапряженности и т.п.

К ВОПРОСУ РАСЧЕТА ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Шавыкина Е.В., аспирант Научный консультант - д.т.н., профессор Федоров В.С.

Характерной особенностью железобетона является наличие трещин при сопротивлении его силовым и деформационным воздействиям. Практика проектирования железобетонных конструк-ций говорит о том, что нередки случаи, когда класс бетона, размеры сечений и площадь растянутой арматуры по условиям раскрытия трещин приходится принимать большими, чем это требуется по прочности или по деформациям.

В последние годы выполнены значительные исследовательские работы по совершенствованию методов оценки ширины раскрытия трещин железобетонных конструкций, в том числе с привлечением методов механики разрушения. Наиболее полные из них проводились в НИИ железобетона (г. Москва), в НИИ строительных конструкций (г. Киев) и др., где на основе четких физических представлений о механизме трещинообразования, разработана методика расчета ширины раскрытия трещин. Однако, несмотря на теоретическую обоснованность указанной методики, в целом, ряд важных вопросов не получил должного решения и поэтому требуют постановки специальных исследований, в первую очередь применительно к учету эффекта нарушения сплошности. В последнее время вопросы, связанные с исследованием напряженно-деформированного состояния в окрестности трещины наиболее полно изучены в механике разрушения. Привлечение к расчету ширины раскрытия трещин железобетонных конструкций инструментария механики разрушения, безусловно, позволяет достичь заметного уточнения этого дифференциального параметра, измеряемого в опытах с помощью микроскопа. Однако многие, связанные с этим, эффекты нуждаются в выяснении их физической сути, а исключение гипотезы сплошности материала - основной гипотезы механики твердого деформируемого тела, приводит к дополнительным сложностям.

Отсюда следует, что проведение исследований по разработке практического способа расчета ширины раскрытия трещин железобетонных конструкций с учетом эффекта нарушения сплошности материала является весьма актуальной задачей.


83

Все известные предложения относительно расчета расстояния между трещинами, и ширины раскрытия трещин, могут быть разделены на четыре основные группы в зависимости от подхода к выводу основных зависимостей: предложения, основаны на предпосылках теории В.И. Мурашева (первая группа); эмпирические зависимости (вторая группа); методы О.Я.Берга, в основу которых положена "зона взаимодействия" арматуры и бетона (третья группа); методы, основанные на гипо-тезе Томаса - Голышева о накоплении относительных взаимных смещений арматуры и бетона (чет-вертая группа).

Анализ экспериментов позволил проф. Я. М. Немировскому выявить заметное расхождение внешних и внутренних усилий в поперечном сечении стержневого железобетонного элемента, рас-считываемого по теории проф. В.И. Мурашева. Однако объяснение этому стало возможным только после выявления проф. Вл.И. Колчуновым эффекта, который проявляется в железобетоне в мо-мент нарушения сплошности бетона. Исследования В.М. Бондаренко и Вл.И. Колчунова, возникает необходимость учета эффекта нарушения сплошности бетона и относительных взаимных смеще-ний арматуры и бетона в железобетонных конструкциях с привлечением двухконсоьного элемента – эффективного инструментария перехода от зависимостей механики разрушения к механике твердо-го деформируемого тела. Для реализации выявленного эффекта в расчет применительно к внецен-тренно сжатым железобетонным конструкциям необходимо разработать методику определения

основного параметра железобетона Sψ - коэффициента, учитывающего работу растянутого бетона на участке с трещинами, механики разрушения к механике твердого деформируемого тела.

Для внецентренно сжатых железобетонных конструкций при наличии трещин кривизна запи-сывается для участков crcl , поэтому представляется логичным и углы поворота изогнутой оси

стержня рассматривать в пределах таких же участков. Это равносильно замене кривой изогнутой оси стержня на ломанную, вписанную в кривую.

Тогда, в пределах каждого участка, угол поворота можно определить по формуле:

ρϕ crcl=Δ .

В окрестности вершины трещины, из-за нарушения сплошности, иной угол поворота 1ϕ , оп-ределяемый из простых геометрических соотношений:

11

5.0h

f=ϕ .

Здесь f, с одной стороны, может быть определено по методу начальных параметров:

( ) ( ) ( )λ+λ

+ϕΔ+ϕ+=BtX

BtXta.f crc 62

5031

1

21

312 ,

где параметры X1 и X3 приняты в соответствии с работами В.М. Бондаренко и Вл.И. Колчунова, ( )λB - жесткость консоли двухконсольного элемента (ДКЭ) с учетом пластических деформаций

( ( ) redEIB ≤λ ).

С другой стороны, f отыскивается как параметр, равный rcrcka , где с помощью rk учитыва-ется депланация берегов трещины в соответствии с работой. Приравнивая эти два значения f, можно уточнить значение параметра ( )λB .

Проведенный анализ показывает, что заделки двухконсольного элемента при раскрытии трещины поворачиваются на углы 1ϕ и 2ϕ , соответственно. При этом деформационный угол по-

ворота заделки возле вершины трещины составляет ϕΔ−ϕ1 . Аналогичный анализ заделки в месте пересечения рабочего арматурного стержня, показы-

вает, что деформационный угол поворота заделки в месте пересечения рабочего арматурного стержня составит ϕΔ+ϕ2 .

Здесь угол поворота 2ϕ , определяется из простых геометрических соотношений:

112

5050t

ka.t

f. rcrc==ϕ .

Теперь, располагая величинами угловых деформаций в заделках консоли двухконсольного элемента, можно переходить к решению задачи о построении расчетной схемы двухконсольного элемента применительно к внецентренно сжатому железобетонному элементу и раскрытию ее ста-тической неопределимости.


84

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ РЕЛЬСОВ

Шмаков А.П., студент Научный консультант - к.т.н., профессор Никонов А. М.

Согласно стратегическому направлению научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г. («Белая книга» ОАО «РЖД»).

В обозримом будущем железнодорожным перевозкам не будет альтернативы по экономиче-ской эффективности и экологической безопасности массовых грузов на средние и дальние расстоя-ния пассажирских перевозок. Создание условий устойчивого, безопасного и эффективного функ-ционирования железнодорожного транспорта как организующего элемента транспортной системы страны для реализации основных геополитических цепей Российского государства; Общее сравне-ние применяемых производственных средств в ОАО «РЖД» с зарубежными аналогами показывает отставание.

Повышение надежности рельсов проводится комплексно по этапам: - лабораторные испытания, выполняемые на стандартных образцах. - стендовые натурные испытания при статических, динамических и ударных нагрузках на

полнопрофильных отрезках рельсов. - полигонные испытания на экспериментальном кольце ВНИИЖТа. - повышение содержания углерода в рельсовой стали. Полигонные испытания объемно-закаленных рельсов с содержанием углерода до 0,87% (в

ГОСТе 2000 0,71-0,82%), показали, что их ресурс, за 40 лет работы эксперементального кольца на нем испытано более 100 опытных партий рельсов и несравненно больше испытано их на сети же-лезных дорог в различных эксплуатационных условиях. Только такие комплексные исследования позволили выработать многие технические решения, существенно повысившие надежность рель-сов отечественного производства. Отметим наиболее важные технические решения.

Способы повышения качества рельсового металла, упрочняющая термическая обработка рельсов -60-70гг.

Сравнивались рельсы, подвергнутые следующей обработке: - объемная закалка в масле после объемного печного нагрева и последующем печным от-

пуском; - поверхностная закалка водой после печного нагрева. В результате закалки твердость рельсов увеличилась в среднем с 270 до 355 НВ, временное

сопротивление (предел прочности) с 970 до 127 МПа, пластичность (относительное уменьшение сечения) с 12 до 35%. Эксплуатационная стойкость объемно закаленных рельсов в 1,5 раза выше, чем «сырых». Однако при этом изменилась структура дефектов – уменьшились отказы рельсов из-за повреждения шейки и подошвы, но существенно увеличились отказы по дефектам в головке.

ГОСТ Р 51685 – 2000 «Рельсы железнодорожные» предусматривает четыре категории каче-ства рельсов:

1. Термообработанные категории В, Т1 и Т2. 2. Не термообработанные категории Н. Твердость термообработанных рельсов должна отвечать нормам. Уменьшение уровня остаточных напряжений у термообработанных рельсов. Так, в случае появления продольной трещины по болтовым отверстиям или под головкой

рельса возникает большое расхождение паза, что представляет серьезную угрозу безопасности движения поездов. Раскрытие паза необходимо исключить или, по меньшей мере, уменьшить.

По требованию ГОСТ Р51685-2000 на термообработанных рельсах не допускаются остаточ-ные напряжения, приводящие к расхождению паза на торце 400-мм пробы более мм:

2,0 - для рельсов категории В; 2,5 - для рельсов категории Т1; 3,0 – для рельсов категории Т2. Эксплуатационные испытания позволили установить, что износостойкость таких рельсов по-

вышается также на 25-30%. Повышение чистоты рельсовой стали по неметаллическим включениям. Загрязненность рельсовой стали неметаллическими включениями оценивают по наибольшей

длине строчечного скопления глинозема. Строчка может быть длиной от 0 до 2 мм у рельсов 2 груп-пы. Ранее в эпицентрах внутренних продольных трещин в рельсах обнаруживали строчки скопления неметаллических включений длиной более 15 мм. Такие вредные строчки способствуют развитию дефектов контактно-усталостного происхождения.

Для уменьшения скоплений неметаллических включений начали широкое промышленное внедрение раскисления, микролегирования и модифицирования рельсовой стали комплексными ферросплавами на основе кремния, содержащими щелочноземельные элементы (кальций, барий, натрий) и нитродообразующие добавки (ванадий, титан, цирконий). После раскисления рельсовой стали такими ферросплавами, вместо традиционно применявшегося алюминия, строчки оксидов глинозема, сцементированного силикатами, длиной более 2 мм были исключены (выполнено тре-бование ГОСТ 24182-80).


85

Наиболее эффективны рельсы КМК, модифицированные ванадием – доля их отказов уменьши-лась в 1,5 раза. Повысилось качество и рельсов «Азовстали», модифицированных титаном – отказы уменьшились в 1,25 раза.

ГОСТ Р51685-2000 лимитирует длину строчек хрупко разрешенных сложных окислов (алю-минатов, силикатов, шпинелей и др.) размерами не более, мм: 0,5 – для категории В; 4,0 – для кате-гории Т1; 8,0 – для категории Т2 и Н.

Противофлокенная обработка рельсовой стали. В соответствии с ГОСТ Р51685-2000 флокены в рельсах не допускаются. Для этого преду-

смотрены следующие способы противофлокеной обработки рельсовой стали: - вакуумирование стали; - контролируемое охлаждение; - изотермическая выдержка. Переход от производства рельсов из мартеновской стали (М) к кислородно-конверторной (К)

и электростали (Э). Производство стали в конверторах сопровождается существенно более быстро протекаю-

щими процессами, чем в мартеновских печах. На КМК до недавнего времени сталь выплавляли только в мартеновских 420-тонных печах. В настоящее время в одном из цехов освоили производ-ство высококачественной ванадийсодержащей рельсовой стали марок Э76В, НЭ76В в дуговых пе-чах ДСП-00И7 с трансформатором мощностью 80 МВА. Печи дополнительно оборудованы газоки-слородной дверной горелкой, сводовой водоохлаждаемой кслородной фурмой и установкой для вдувания углеродосодержащих материалов. Разработанная в России технология изготовления рельсов низкотемпературной надежности из электростали (Р65НЭ) не предусматривает использо-вания азотосодержащих ферросплавов. Содержание фосфора и серы минимальное (суммарная доля не более 0,045%). Стандарты Англии, Канады, США допускают содержание фосфора до 0,05% и серы до 0,045%, а Японии соответственно до 0,45% и 0,35%.

Рельсы из электростали, особенно из непрерывно литой, чище, чем из мартеновской. Они содержат значительно меньше неметаллических включений всех видов. Средняя длина строчек глинозема, нитридов, и карбо-нитридов алюминия не превышает 0,5 мм, а длина строчек пластич-ных силикатов в 1,5-2,0 раза меньше, чем в мартеновской стали, намного меньше и сульфидных включений.

Переход от разливки рельсовой стали в слитки к непрерывной разливке. В 1997 г. на КМК приступили к промышленному выпуску рельсов из кислородно-конверторной

стали с последующей их разливкой на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Достигнуто эффективное управление процессом кристаллизации рельсовой стали, повышение качества по-верхности заготовок, получение более мелких размеров неметаллических включений по сравнению с традиционными способами разливки стали. В начале были опасения, что уменьшится степень обжатия при прокате рельсов из заготовок сечением 300 на 300 мм, чем при прежней технологии проката слитков. Но при испытании были получены положительные результаты.

Способы улучшения геометрических параметров рельсов. С 1997 г., Департамент пути и сооружений ужесточил ряд технических требований по улуч-

шению геометрических параметров рельсов и особенно поверхности катания головки. Осуществлен переход на новую методику контроля искривленности концов рельсов. Вместо линейки длиной 1 м применяется 1,5-я линейка. Измерения производятся по хорде вместо касательной. Запрещается искривление концов рельсов в вертикальной плоскости. ГОСТ Р 51685-2000 оценивает прямоли-нейность рельсов по параметрам:

Стрела прогиба рельсов в горизонтальной и вертикальной плоскостях, при равномерной кри-визне по всей длине, не должна превышать:

1/2500 – длины для рельсов категории В; 1/2200 – длины рельса для категории Т1, Т2 и Н.

Отклонение концов рельсов от прямолинейности в вертикальной и горизонтальной плоскостях, на базовой длине 1,5 м., не должны превышать значений в зависимости от категории рельса.

ТРАНСПОРТНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО – СТРОИТЕЛЬСТВО ДЛЯ ДОЛГОЙ И ЭФФЕКТИВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Шмидт А.Д., Шмидт Д.Д., студенты

Шмидт А.Д., Шмидт Д.Д., студенты факультета «Мосты и тоннели», с 2005 года являемся членами

молодёжной секции Международной Ассоциации инженеров по мостам и конструкциям (IABSE). Принима-ли участие в работе симпозиумов IABSE в г. Будапеште (Венгрия, 2006 г.) и в г. Веймаре (Германия, 2007 г.).

Среди большого числа проблем, рассмотренных на этих ежегодных встречах международного ин-женерного сообщества, авторы в настоящем сообщении информируют о двух темах: наиболее выдаю-щихся проектах мостов и о путях снижения уровня шума на железнодорожных и автодорожных мостах.


86

Мост через Гибралтарский пролив Итальянские инженеры представили революционную концепцию совмещённого моста между

Испанией и Марокко через Гибралтарский пролив общей длиной 15 км с центральным пролётом длиной 10 км (рис. 1).

Висячая система моста представляет собой гиперболоидную систему вант с трёхмерным растяжением, формирующуюся внутри эллиптического отверстия в пилонах и сужающуюся к сере-дине пролёта. Внутри «гиперболоида» из вант вяжется корзина (рис. 2).

Ванты выполняются из композитных материалов. Внутри корзины размещается металличе-ская балка жёсткости коробчатого сечения, внутри которой по нижнему поясу проходит железнодо-рожная нагрузка, автомобили перемещаются по верху коробки.

Рис. 1. Фасад и план моста

Все элементы пролётных строений соединены между собой вантами различного диаметра, что создаёт закрытую систему, исключительно устойчивую к воздействию горизонтальных и верти-кальных сил от ветровой и динамической нагрузки.

Рис. 2. Перспектива моста Дизайн моста представляет собой новейшую прогрессивную систему подвесных мостов, но

эта идея ещё должна быть воплощена в реальный проект с помощью мирового технического сооб-щества.

Рис.3. Вид изнутри.


87

«Мостовая симфония» Норвежскими инженерами предложена конструкция мостов с пролётами длиной от 1000 м до

3000 м, названная «мостовая симфония» (рис. 4). Идея (и производное от неё название) заключа-ется в объединении в одной конструкции трёх различных систем, воспринимающих нагрузку.

Рис. 4. Перспектива моста

Мост состоит из трёх следующих друг за другом типов мостовых конструкций: железобетон-

ная консольная часть с ж.б. пилоном круглого или квадратного сечения; вантовая часть с металли-ческой или железобетонной коробкой; висячая часть с металлической коробкой; а так же, из двух параллельных главных балок, которые объединены поперечными балками различной длины.

Модель моста была протестирована с удовлетворительным результатом в аэродинамиче-ской трубе. По мнению авторов, по сравнению с висячим мостом предлагаемая конструкция «мос-товой симфонии» имеет значительно большую устойчивость к ветровому воздействию, меньший период строительства, меньшую стоимость (до 20 %), большую доступность осмотра и техническо-го обслуживания.

Уже разработан проект «мостовой симфонии» с главным пролётом 1350 метров, с подмосто-вым габаритом 50 м, с высотой пилонов около 200 м.

Разработка этой концепции базируется на решениях и опыте строительства большепролёт-ных мостов по всему миру, а так же на сооружении нефтедобывающих плавучих платформ.

Борьба с шумом Снижение уровня шума при прохождении подвижного состава на железных и автомобильных

дорогах является одной из актуальных задач современности. В 2002 г. В Германии было открыто движение по первой скоростной железной дороге Кёльн –

Франкфурт со средней скоростью 300 км/час. Шумозащита на ней была выполнена в виде шумоза-щитных экранов из алюминиевых сплавов. Через несколько месяцев появились первые признаки разрушений. На основе анализа характера разрушений и обобщения причин был разработан проект новых экранов, конструкция которых была подвергнута испытаниям в реальных условиях и приме-нена на строящейся ж.д. линии Нюрнберг – Ингольштайн со средней скоростью 300 км/час. Проект включает гарантию от разрушения в течение 50 лет с частотой движения до 100 пассажирских по-ездов в сутки.

Представляет большой интерес материал по модернизации металлических пролётных строений мостов на железных дорогах Нидерландов. Речь идёт о реконструкции балочной системы проезжей части железнодорожных мостов с большими пролётами с целью значительного снижения уровня шума при проходе подвижного состава и увеличения примерно на 30 лет, как утверждают авторы, срока службы металлических пролётных строений с точки зрения усталостных деформа-ций.

Одним из направлений борьбы с шумом на автомобильных дорогах является совершенство-вание конструкции деформационных швов, особенно вблизи населённых пунктов, так как шум, соз-даваемый при прохождении деформационного шва, резко контрастирует с обычным шумом на ав-тодороге.

С этой целью в Германии на федеральных дорогах осуществляется план «Тихий трафик», согласно которому разрабатываются и испытываются новые конструкции деформационных швов из экструзионных эластомеров, стойких к прыжковым нагрузкам.


88

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

СПОСОБ АФИННЫХ ВЕКТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ КООРДИНАТ Бало Р.А., аспирант

В настоящее время основным методом привязки аэрокосмических снимков к координатным системам, безусловно, является определение координат «опознаков» с помощью геодезических приёмников глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) ГЛОНАСС и GPS в режиме относительных фазовых определения, обладающих максимально возможной точностью. При отно-сительных определениях, как известно [1], на геодезическом пункте с известными координатами устанавливают постоянную на время привязки «базовую станцию, в то время как другой приёмник, или группа приёмников (роверов) перемещается по характерным точкам местности «опознакам». Ровер можно устанавливать также на самолёте, или дельтаплане, для определения координат цен-тров фотографирования в момент съёмки, что значительно повышает производительность полевой привязки снимков. Определение координат в этом случае выполняют в кинематическом режиме в векторной форме, когда измеряют не координаты, а разности (приращения) координат антенны ро-вера и антенны базовой станции, формируя вектор приращений dx:

,⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

−=−

=⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛=

br

br

br

zzyyxx

dzdydx

dX (1)

где bbbrrr zyxzyx ,,,,, – координаты антенны ровера и базы соответственно.

Эти радиус-вектора, исходящие из одной базовой точки, в спутниковых технологиях [2] назы-вают векторами базовых линий. Они содержат всю информацию о внутренней геометрии окружаю-щего пространства, позволяющей найти матрицу афинного преобразования двух координатных систем, но не содержат информации о смещении центров координатных систем, поскольку радиус-вектора исходят из одной точки, но этого и не требуется. Вполне достаточно матрицы преобразова-ния. Для её получения воспользуемся аппаратом обобщённо-обратных матриц, развитым в работах С.И. Матвеева.

Для этого используем к измерений, радиус векторов idX (минимум три вектора) и вычислим

такие же радиус-вектора гdX по разности координат контрольных точек в государственной систе-ме координат.

Известно, что афинное преобразование векторов задаётся выражением [3]: Axpxг += , (2)

где х – вектор измеренных спутниковым приёмником глобальных координат; гх – вектор координат

точки в государственной системе координат; р – вектор сдвига координатных систем; А 3,3 – матри-

ца афинных преобразований глобальной системы координат в государственную.

Пусть, как это обычно и бывает, мы имеем вектор известных координат ⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛=

b

b

b

b

zyx

X базовой точки

и измеренные векторы приращений idX (i=1,2,…,п) на п «опознаков» в глобальной прямоугольной системе координат и пусть известны приращения координат в любой другой прямоугольной про-странственной системе координат на k < n «опознаков» (или любых других контрольных точек). Очевидно, что вместо уравнения (2) мы можем записать преобразование вектора базовой линии как разности координат вектора ровера и вектора координат базовой точки, в котором составляю-щий вектор р исчезает, т.е.

dXАdХ г ⋅= . (3) Если таких радиус-векторов три, или больше, то мы вместо векторного уравнения (3) можем

образовать составное матричное уравнение


89

( ) ( )кiгкi dXdXdXdXАdXdXdXdX LLKL 2121 ⋅= , в котором столбцы векторов составляют строчно невырожденные матрицы размера 3-х к. Для строчной невырожденности достаточно, чтобы любые 3 вектора не были параллельны и не лежали в одной плоскости. Для компактности запишем предыдущее выражение в виде:

( ) ( )dXAdX г ⋅= , (4) подразумевая, что выражения в скобках есть матрицы.

Этот приём позволяет найти матрицу А афинных преобразований непосредственно путём

умножения (4) справа на обобщённо-обратную ( )−dX к матрице (dX). Вследствие строчной невы-рожденности исходной матрицы, обобщённо-обратная к ней определяется однозначно, в соответ-ствии с формулой [1]:

( ) ( ) ( )( )( ) 1−− = ТТ dXdXdXdX . (5) При этом выражение (4) преобразуется в формулу вычисления матрицы афинных преобра-

зований:

( ) ( ) ( )( )( ) 1−⋅= ТТ

г dXdXdXdXА . (6) Координаты любого множества точек вокруг этого пространства могут быть получены по

формуле: dXAXX bг ⋅+= . (7)

Для того чтобы использовать предложенный алгоритм не обязательно иметь спутниковые измерения, Достаточно просто из координат всех точек вычесть координаты любой одной общей точки для двух преобразуемых систем прямоугольных координат. Таким образом, мы и получаем необходимые для преобразований векторы разностей координат.

Алгоритм успешно работает не только для преобразования пространства, но и для преобра-зования плоскости. Список литературы

1. Лёвин Б.А., Круглов В.М., Матвеев С.И. Геоинформатика транспорта. – М.: ВИНИТИ РАН, 2006. – 336 с.

2. Матвеев С.И., Коугия В.А. Высокоточные цифровые модели пути и спутниковая навига-ция железнодорожного транспорта. – М.: Маршрут, 2005. – 288 с.

3. Ильин В.А., Позняк Э.Г. Аналитическая геометрия. – М.: Наука, 1981. – 232 с.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТАТОЧНОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПОДРЕЛЬСОВОГО ОСНОВАНИЯ

Гречаник А.В., ассистент

Развитие остаточных деформаций балласта является важной технико-экономической харак-

теристикой конструкции верхнего строения пути. Изучение закономерностей развития этих дефор-маций имеет важное значение для проектирования новых конструкций верхнего строения пути, в решении вопросов уплотнения балластного слоя, в текущем содержании пути и других вопросах.

В 50-е годы для определения интенсивности и размеров накопления остаточных деформа-ций в вертикальной плоскости С.Н. Поповым совместно с Л. В. Тулуповым в лаборатории балласт-ных материалов была смонтирована установка, позволяющая производить исследования работы различного балластного слоя при динамических нагрузках до 4 кг/см2, имитируя скорость движения поезда от 10 до 80 км/час. [1]. Проведенные испытания позволили определить величины интенсив-ности накопления остаточной деформации щебеночного балласта, от рода балласта, степени его загрязненности, влажности и давления на балласт после 10 000 пульсаций силы.

Примеры графиков накопления остаточных деформаций для щебня, полученные С.Н. Попо-вым, приведены на рисунке 1.

На основании результатов исследований были сформулированы следующие выводы: – в начальный период после подбивки под воздействием колес подвижного состава щебе-

ночный балластный слой дает различную осадку в зависимости от размера динамического давле-ния на балласт;

– кривые накопления остаточных деформаций после осадки представляют кривые, близкие к гиперболам. По мере увеличения количества динамических воздействий интенсивность накопления остаточных деформаций уменьшается;

– после определенного количества динамических воздействий зависимость между количест-вом пульсаций и величиной осадки становится близкой к линейной. Угол наклона кривых накопле-ния остаточных деформаций на этом интервале в каждом опыте остается неизменным.


90

С точки зрения оценки работы балласта под поездной нагрузкой наибольший интерес пред-ставляют величины накопления остаточных деформаций в процессе нормальной эксплуатации, т.е. деформации, которые образуются на стабилизированном пути после полной его осадки.

Рис.1 График накопления остаточных деформаций

Размеры накопления остаточных деформаций после 10 000 пульсаций, полученные опытным путем С.Н. Поповым [1] на стабилизированном пути для сухого чистого щебня, приводятся в табли-це.

Таблица 1 Размеры накопления остаточных деформаций балласта после 10 000 пульсаций

Величина накопления остаточных деформаций для балласта при той или иной динамической

нагрузке принималась средней по показаниям 30 000–40 000 пульсаций. Для определения зависимости остаточной деформации балласта от действующего на него

давления данные, приведенные в таблице 1, были аппроксимированы, в результате чего была по-лучена следующая зависимость:

)0144,00156,0(1,0 2ppyост +−= , (1)

где остy – остаточная деформация балласта, см; р – динамическое давление на балласт, кг/см2. Давление на балласт под шпалой распределяется неравномерно, максимальное давление

на балласт возникает в подрельсовой зоне, поэтому важно оценить остаточную деформацию бал-ласта под шпалой в этой зоне.

Для определения функции осадки щебня под шпалой в подрельсовой зоне от давления на полушпалу был создан соответствующий алгоритм и программа для ЭВМ [2], в основе которой ле-жит схема балки на сплошном упругом нелинейном осадочном основании, позволяющая исследовать остаточные деформации балласта под отдельной шпалой во времени. Нелинейность основания оп-ределяется наличием между шпалой и балластом начальных люфтов, и, люфтов возникающих в про-

Наименование балластных материалов

Состояние балласта Интенсивность развития остаточных деформаций от 10 000 пульсаций в мм

Влажность Загрязнен-ность

При следующих динамических напряжениях на балласт в кг/см2

2,0 2,5 3,0 3,45 4,0

Щебень 25-70 мм

Воздушно-сухой Чистый 0,03 0,05 0,08 0,12 0,17


91

цессе периодического нагружения шпалы внешней силой, что связано с остаточными деформациями балласта. Характер осадочности балласта описан зависимостью (1).

В результате расчетов была определена зависимость осадки пути от давления на половину шпалы после 10 000 пульсаций силы, которая описывается функцией:

230 )10)(( −⋅−⋅= ррaу шост , (2)

где осту – остаточная деформация балласта, см; а – коэффициент аппроксимации; рш – давление от рельса на полушпалу, кг/см2; р0 – давление от рельса на полушпалу при которой не возникает осадки под шпалой, 2800 кг/см2.

При использовании уравнения (2) предполагается, что давление на шпалу от подвижного со-става на путь не изменяется в течение 10 000 пульсаций силы. Список литературы

1. Попов С.Н. О допускаемых напряжениях на балласт. Труды ЦНИИ МПС, вып. 97. – М.: Тансжелдориздат, 1955.

2. А.И. Гасанов Расчет железобетонной шпалы при учете осадочности основания. Труды МИИТ вып. 901 М.: 1996 г.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛА

Кондращенко В.И. д.т.н., профессор, Гребенников Д.А. аспирант, Семак А.В., аспирант, Костюк Т.А. к.т.н., Чан Тхи Тху Ха, к.т.н.

О программе. Математическое описание процесса моделирования трехмерной динамиче-

ской структуры материала используется для последующего составления алгоритма и программы, предназначенных для компьютерного моделирования трехмерных структур, содержащих частицы, в частности, структур цементного камня, раствора или бетона как в процессе набора их твердения, так и в затвердевшем состоянии. Для того чтобы модель была наиболее приближена к реальной структуре, программа позволяет задавать множество уточняющих параметров, таких как форма и размеры частиц, их относительное содержание и концентрация в модели, особенности роста от-дельных групп частиц в модели во времени и пр. В качестве образца материала в программе ис-пользуется параллелепипед, размеры которого указываются пользователем. Распределение час-тиц в объеме параллелепипеда осуществляется случайным образом.

Частицы рассматриваются как геометрические тела произвольных размеров и ориентации в пространстве. В программе реализована работа с такими группами частиц, как шары, эллипсоиды, иглы, параллелепипеды и пластины. При формировании модели пользователь задает процентное содержание каждой группы включений в общем объеме и параметры для отдельных групп.

Основным результатом работы программы является определение параметров пористости (дифференциальной и интегральной пористости), построение кривых распределения размеров но-вообразований, расчет удельной поверхности материала, т.е. параметров, наиболее трудно уста-навливаемых экспериментально. Для этого в модели, приближенной к реальной, предусмотрена возможность моделирования динамического роста частиц цемента в процессе твердения или инертных включений мелкого или крупного заполнителя. Визуализация результатов моделирования структуры осуществляется посредствам построения сечений параллелепипеда. Критерием остано-ва программы является достижение заданной концентрации частиц (включений) φтреб.

Создание модели состоит в указании исходных параметров и задании случайного распреде-ления включений. К исходным параметрам относятся: размеры модели (определяются длиной, ши-риной и высотой и являются неизменными для данной модели); концентрация включений в структу-ре (концентрация представляет собой суммарный объем всех включений, деленный на общий объ-ем образца-параллелепипеда); перечень используемых типов включений (всего возможных типов пять: шары, эллипсоиды, иглы, параллелепипеды и пластины); процентное содержание каждой группы включений в общей концентрации (задается при помощи диаграммы); каждая группа вклю-чений (по типу) имеет два способа задания распределения по размерам: случайный и гистограмм-ный (в первом случае указываются минимальное и максимальное значения размеров геометриче-ского тела: для шаров – по радиусу, для эллипсоидов – по осям и т.д.), и закон распределения – нормальный, равномерный, логарифмический и др., во втором – задается гистограмма распреде-ления частиц по размерам; при втором способе гистограмма может быть принята, в том числе и из экспериментальных данных.

В ситуации, когда заданная (исходная) концентрация недостижима, процесс моделирования структуры останавливается на максимально достигнутой концентрации. В связи со случайностью процесса заполнения, максимально достижимая концентрация может несколько изменяться от опы-та к опыту и отличаться (с заданной погрешностью) от заданной.


92

Моделирование изменения размеров частиц. Данная функция программы предназначена для моделирования изменения размеров цементных частиц в процессе реакций их гидратации при взаимодействии частиц с водой затворения. Для осуществления моделирования необходимо ука-зать, как изменяется размер включения с течением времени. Данная информация задается в виде уравнения (степенного многочлена от времени). В программе имеется возможность указывать раз-личные уравнения для разных групп включений. Также в качестве исходных данных необходимо указать временной промежуток, в течение которого будет рассматриваться реакция, и шаг измене-ния времени. Процесс моделирования является динамическим и если в какой-то момент времени все частицы прореагируют, то процесс формирования структуры завершается.

Моделирование уплотнения включений. Данная функция программы позволяет исследовать изменение структуры в процессе, например, виброуплотнения цементных и других смесей. Уплот-нение частиц осуществляется динамически в заданном направлении. Скорость движения частиц задается уравнениями (степенными многочленами от времени), которые могут быть различными для разных типов включений. Процесс уплотнения моделируется в течение заданного промежутка времени с заданным шагом.

Построение сечений образца. Прямое назначение данной опции – просмотр размещения частиц в образце посредствам разрезов плоскостью. Программа позволяет делать разрезы с бес-конечно (условно) малым шагом. На сечении отображаются границы образца и разрезы всех вклю-чений, попавших в него. Таким образом, может быть исследована как исходная модель, так и изме-ненная вследствие уплотнения или изменения размеров частиц.

Расчет параметров пористости. В программе реализованы два метода расчета пористо-сти: метод «пространственных прямых» и метод окружностей. Для работы с первым методом сле-дует указывать количество прямых, со вторым – количество окружностей. Результатом расчета яв-ляется гистограмма распределения пор по размерам, а также график соответствующей ей функции.

Построение кривых распределения новообразований. В программе предусмотрена возмож-ность анализа распределения новообразований и не прореагировавших частиц по их количеству, объему или дифференциальному объему. Диаграммы представляются в виде гистограмм. Имеется возможность строить кривую для всех частиц или только для какой-то группы.

Расчет удельной поверхности. Во всех ранее рассмотренных функциях программы нигде напрямую не учитывались физические свойства включений, а рассматривались только их геомет-рические особенности. Однако в программе реализована возможность расчета удельной поверхно-сти включений для каждой из групп. Для этого необходимо задавать дополнительный параметр – плотность частиц, которая может различаться для разных групп включений.

Другие функции. В программе, помимо выше перечисленных, имеются вспомогательные функции. Одной из них является возможность сохранения и загрузки моделей, при этом сохраняет-ся как последнее изменение структуры, так и исходные данные, по которым можно изменить мо-дель. Имеется возможность просмотра параметров модели, к которым относятся концентрация от-дельных групп включений в модели, количество включений каждой группы и другие. Для удобства отчет о работе программы сохраняется в виде текстового файла.

Математическая постановка задачи. Как отмечалось, суть моделирования в данной задаче сводится к построению набора пространственных фигур по определенному правилу, т.е. с учетом ка-ких-то ограничений. Таким образом, модели образца соответствует параллелепипед (в частности, куб), включениям (частицам) – шары, эллипсоиды, параллелепипеды и т.д. Очевидно, что простран-ственные тела, соответствующие включениям, не могут пересекаться как между собой, так с внешни-ми границами модели – ребрами и плоскостями параллелепипеда. Это является одним из ограниче-ний. Отсюда следует, что проектирование и работа с моделью сводится, в основном, к работе с про-странственными фигурами, т.е. с пространственной аналитической геометрией.

При создании программы был разработан ряд алгоритмов, реализующих необходимые функции работы с моделью.

Алгоритмы построения сечений пространственных тел. Данные алгоритмы использова-лись при построении сечения модели. Для каждой группы фигур применяется свой алгоритм по-строения плоского контура. Общим шагом является перебор всех включений по порядковому но-меру. Далее, для каждой фигуры осуществляется анализ, приведенный на рис. 1.

Рис. 1. Алгоритм построения сечения шара


93

Целью алгоритма является определение параметров окружности (радиуса и координат цен-тра), получаемой при сечении шара плоскостью. Исходные данные: шар (R – радиус шара; X, Y, Z – координаты центра шара), плоскость (By + D = 0 – уравнение плоскости). Необходимо определить (рис. 2): окружность (r – радиус; x0, y0 – координаты центра).

Пусть плоскость сечения параллельна XOZ. Тогда ее положение определяется координатой Y и общий вид уравнения плоскости имеет вид: By + D = 0. Поскольку шар – пространственно симметричная фигура, то при сечении плоскостью такого вида координаты центра окружности x0 и y0 будут совпадать с координатами X и Z шара соответственно, т.е. х0 = Х, у0 = Z.

Рис. 2. Построение сечения шара

Обозначим расстояние от центра шара до плоскости сечения через d. Тогда согласно формуле

нахождения расстояния от точки до плоскости в пространстве имеем: B

DBYd += . Тогда, как

видно из рис. 2, r, R и d образуют прямоугольный треугольник, т.е. зная R и d по теореме Пифагора

находим r: 22 dRr += . Построение сечения эллипсоида. Целью алгоритма является определение параметров

эллипса (полуосей и координат центра), получаемых при сечении эллипсоида плоскостью. Исходные данные: эллипсоид (a, b, c – полуоси эллипсоида; X, Y, Z – координаты центра; ψ, φ и

θ – эйлеровы углы, определяющие ориентацию осей эллипсоида) и плоскость (By + D = 0 – уравне-ние плоскости). Необходимо определить: эллипс (a0, b0 – полуоси; x0, y0 – координаты его центра; α – угол поворота).

Алгоритм: – по заданным эйлеровым углам вычисляем направляющие косинусы:

;cossinsincoscos1 θψϕψϕ −=l ;coscossinsincos2 θψϕψϕ +=l ;sinsin3 θϕ=l

;cossincoscossin1 θψϕψϕ −−=m ;coscoscossinsin2 θψϕψϕ +−=m

;sincos3 θϕ=m

;sinsin1 θψ=n ;sincos2 θψ−=n ;cos3 θ=n – введем следующие обозначения:

;2

23

2

22

2

21

2 cl

bl

alL ++= ;2

23

2

22

2

21

2 cm

bm

amM ++= ;2

23

2

22

2

21

2 cn

bn

anN ++=

;233

222

211

cml

bml

amlLM ++= ;2

332

22211

cnl

bnl

anlLN ++= 2

332

222

11

cnm

bnm

anmM N ++= ,

через которые вычисляем коэффициенты общего уравнения эллипса:

;2LA = ;NLB = ;2NC = ;)(2 MM LZLYyLXD ⋅−−+⋅−=

;)(2 NN LXMYyNZE ⋅−−+⋅−=

.1)(22)(2)( 22

22

22 −−−⋅⋅+−−⋅+−+⋅= NNM MYyZLZXLYyXNZMYyLXF

– находим угол наклона α одной из центральных осей эллипса к оси OX: )/(22 САBtg −=α . – определяем коэффициенты уравнения эллипса в осях, сонаправленных с его главными осями:

;2sinsincos 221 ααα BCAA ++= ;2sincossin 221 ααα BCAC −+=

;sincos1 αα EDD +=


94

;sincos1 αα dEE −= .1

1

1

11

22

FCE

ADF −+=

– вычисляем размеры полуосей эллипса:

;0 AFa′′

= .0 CFb′′

=

– находим координаты центра эллипса:

;sincos0 ααCE

ADx

′′

+′′

−= .cossin0 ααCE

ADy

′′

−′′

−=

Сечение параллелепипеда плоскостью. Целью алгоритма является определение набора отрезков, образующих многоугольник, получаемый при сечении параллелепипеда плоскостью.

Исходные данные: параллелепипед, заданный набором вершин, плоскость (B0y + D0 = 0 – уравнение плоскости).

Определяем многоугольник, заданный набором координат его вершин. Алгоритм: а) выбираем любые три вершины многогранника (параллелепипеда), находящиеся на одной

грани. Пусть это будут точки A1(x1, y1, z1), A2(x2, y2, z2) и A3(x3, y3, z3); б) определяем уравнение плоскости, содержащей данную грань, т.е. проходящих через эти

три точки. Для этого строят два вектора M1 и M2, лежащих в этой плоскости. Пусть M1 проходит че-рез точки A1 и A2, тогда его координаты будут M1 = {x2 – x1, y2 – y1, z2 – z1}; и пусть M2 проходит че-рез A1 и A3 и имеет координаты M2 = {x3 – x1, y3 – y1, z3 – z1}. При векторном произведении этих век-торов получим вектор, перпендикулярный плоскости грани. Это будет направляющий вектор плос-

кости },,{ CBAn = :

131313

121212

zzyyxxzzyyxx

kjin

−−−−−−= .

Так как полученная плоскость проходит через точку А1, то её координаты удовлетворяют уравнению плоскости. Отсюда можно найти свободный член D и получить уравнение плоскости в стандартном виде:

Ax+By+Cz+D = 0. (1) в) определяем уравнение прямой пересечения плоскости (1) с заданной плоскость

B0y + D0 = 0. (2)

Обозначим 0

00 B

Dy −= , тогда уравнение секущей плоскости примет вид y = y0. Общий вид

искомой прямой для данного случая имеет вид: m

zzlxx 00 −

=−

.

Для определения недостающих параметров x0, z0, l, m решаем систему ⎩⎨⎧

==+++

0

0yy

DCzByAx.

Пусть, x = 0,

тогда C

ByDz 0+−= . Таким образом точка ),,0( 0

0 CByDyM +−

принадлежит искомой прямой,

т.е. 00 =x и C

ByDz 00

+−= . Для установления направляющего вектора прямой раскрываем

определитель векторного произведения нормальных векторов плоскостей:

kABjiCBB

CBAkji

**0*00

00

0

++−= , но поскольку B0 = 1, имеем AkCl =−= ; .

Таким образом, канонический вид искомой прямой имеет вид:

AC

ByDz

Cx

0+−−

=−

. (3)

г) рассматриваем ребро грани, содержащейся в плоскости (2). Пусть это ребро соединяет вершины A(x1, y1, z1) и B(x2, y2, z2). Прямая, соединяющая эти точки, имеет вид:


95

1

1

1

1

1

1

nzz

myy

lxx −

=−

=−

. (4)

где 121121 ; yymxxl −=−= ; 121 zzn −= ; д) находим точку пересечения прямой (4) с плоскостью (2). Запишем уравнение прямой (4) в

параметрическом виде ⎪⎩

⎪⎨

⎧

+=+=+=

tnzztmyy

tlxx

11

11

11

, тогда решение задачи состоит в определении некоторого

параметра t0. Так как искомая точка принадлежит как прямой (4), так и плоскости (2), то имеет место уравнение

0)()()( 0011001100110 =++++++ DtnzCtmyBtlxA ,

откуда 101010

01010100 nCmBlA

DzCyBxAt

+++++

−= .

Пусть в результате решения получаем точку ),,( zyxM ′′′ ;

е) проверяем, принадлежит ли точка ),,( zyxM ′′′ прямой пересечения плоскости грани с

секущей плоскостью (уравнение (3)). Если A

CByDz

Cx

0+−−′

=−′

и 0yy =′ , то выполнить пункт

ж); иначе точка ),,( zyxM ′′′ не является вершиной искомого многоугольника и следует рассмотреть другое ребро грани, т.е. выполнить п. г), д), е). Если все ребра грани рассмотрены, то следует перейти к исследованию следующей грани, т.е. выполнить п. б), и ниже;

ж) проверяем, принадлежит ли точка ),,( zyxM ′′′ отрезку АВ. Необходимое условие принадлежности точки отрезку записывается следующим образом:

21

21

21

22

22

22

212

212

212 )()()()()()()()()( zzyyxxzzyyxxzzyyxx −′+−′+−′+′−+′−+′−=−+−+− .(5)

з) если условие (5) выполняется для точки ),,( zyxM ′′′ , то она является одной из вершин многоугольника. Далее следует перейти к рассмотрению следующего ребра грани, т.е. выполнить п. г), д), е). Если все ребра грани рассмотрены, то следует перейти к исследованию следующей грани, т.е. выполнить п. б) и ниже;

и) процесс формирования структуры материала завершается, если все грани исходного многогранника рассмотрены. В результате работы алгоритма устанавливается набор точек, определяющих вершины плоского выпуклого многоугольника, который является сечением многогранника заданной плоскостью.

Выполненное математическое описание процесса моделирования трехмерной динамической структуры материала используется для последующего составления алгоритма и программы, предназначенных для компьютерного моделирования трехмерных структур в процессе их формирования, например, при гидратации частиц вяжущего при их гидратации.

ПРОГРАММА МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛА

Кондращенко В.И., д.т.н., профессор, Гребенников Д.А., аспирант, Семак А.В., аспирант, Костюк Т.А,. к.т.н., Чан Тхи Тху Ха, к.т.н.

Программа моделирования трехмерной динамической структуры материала разработана в среде Borland Delphi 5.5 и поддерживается всеми версиями операционной среды Windows старше Windows 95. Ниже приводится описание возможностей программы, дается пооконное рассмотрение интерфейса программы, приводятся комментарии ко всем функциональным элементам и рассматриваются пути решения основных задач программы. Ниже приведено описание интерфейса пользователя программы.

В основном окне программы указываются ссылки на большинство функциональных окон программы, а также ряд вспомогательных – ссылки, оформленные в виде кнопок и сгруппированные в рамке «Формирование модели». Рассмотрим подробно ссылки данной группы.


96

Рис. 1. Главное окно программы

Создать модель. Эта функция вызывает окно, в котором осуществляется указание глобальных параметров модели и её формирование. Здесь можно просмотреть все характеристики модели, но изменить их нельзя (редактирование этих параметров осуществляется в другом окне, которое будет рассмотрено ниже).

Задать параметры заполнения. Эта ссылка вызывает окно, в котором можно как задать характеристики новой модели, так и редактировать текущие.

Загрузить модель. В программы поддерживается возможность загрузки и сохранения моделей. Для хранения данных используется специальный формат, так что любая модель сохраняется в файле размером ~ 500 Кб. По умолчанию файлы сохраняются в папке Models, однако пользователь может указать любую другую. Для загрузки файла используется стандартное окно загрузки файлов Windows. Загруженная модель автоматически становится текущей и активной, так что все несохраненные перед загрузкой данные будут утеряны. Помимо параметров и характеристик модели, в программу загружается последний вариант сформированной структуры (распределения включений).

Сохранить модель. Сохранение модели производится с использование стандартного диалога сохранения файлов Windows. Имя и размещение файла указывается пользователем, однако по умолчанию все модели сохраняются в папке Models. Сохранение модели не влечет никаких изменений в работе программы.

Выход из программы. Данная функция закрывает основное окно программы и все функциональные окна. При этом работа программы прекращается и все несохраненные данные становятся утерянными.

Вторая группа называется «Функции работы с моделью». Каждая ссылка этой группы вызывает окно, в котором осуществляются обозначенные на кнопке действия с моделью. Рассмотрим подробнее каждую из этих кнопок.

Общие характеристики модели. Ссылка вызывает окно, которое содержит исключительно общую информацию, а именно: точную концентрацию включений, численное количество включений каждой из групп и их концентрация в общей массе. Последние две характеристики представлены в виде диаграмм для большей наглядности.

Построение сечений. Механизм построения сечений образца, заложенный в программе, сам по себе является мощным аппаратом, и поэтому «Окно построения сечений» содержит множество параметров, которые влияют на отображаемые в сечении элементы. В сечении можно просмотреть сами включения, новообразования, а также непрореагировавшие частицы, причем построение осуществляется с точностью до второго знака. Для большей наглядности изображение представляется в десятикратном увеличении.

Моделирование роста частиц. Ссылка вызывает окно, в котором осуществляется указание параметров роста новообразований и запуск процесса динамического моделирования. Параметрами, в первую очередь, являются уравнения, которые описывают приращение размеров фигуры в зависимости от времени; в случае неравномерного развития новообразований в разных направлениях, указываются коэффициенты сжатия по каждой из осей. Предусмотрена возможность просмотра численных характеристики измененной структуры образца (объемы заполнения, концентрации и пр.).

Моделирование движения. Ссылка вызывает окно, в котором выполняется задача уплотнения включений в некотором направлении. Для работы необходимо указать уравнения смещения частиц от начального положения с течением времени. Движение осуществляется в направлении одной из граней прямоугольного образца в течение указанного пользователем промежутка времени. Для большей наглядности, окно снабжено индикатором хода выполнения задачи.

Расчет пористости. Нажатием данной кнопки вызывается окно, в котором осуществляются все необходимые расчеты, а также указываются предварительные данные (метод и точность расчета пористости). Просмотр конечных результатов (в виде диаграмм) выполняется в отдельном окне, которое вызывается специальной ссылкой.

Кривые распределения размеров. Ссылка вызывает окно, в котором пользователь может просмотреть диаграммы распределения размеров непрореагировавших частиц и новообразования.


97

Предусмотрена возможность построения следующих диаграммных зависимостей от размеров частиц: количество, интегральный и дифференциальный объем. Диаграмма может отражать как общую информацию, так и частную для отдельной группы включений.

Расчет удельной поверхности. Нажатием этой кнопки вызывается окно, в котором выполняется расчет удельной поверхности включений. Для работы необходимо указать плотность включений.

Сохранить отчет. Функция предназначена для сохранения данных об образце в текстовом формате. При нажатии кнопки вызывается стандартный диалог сохранения файлов в Windows, в котором пользователь должен указать путь и имя файла-отчета. Файл-отчет является текстовым файлом с указанием общих характеристик образца и перечня типов включений с указанием всех их параметров.

Распечатать отчет. Функция осуществляет сохранение данных об образце в печатном виде.

Окно построения модели. Окно вызывается нажатием кнопки «Создать модель» и предназначено для осуществления

формирования модели.

Рис. 2. Окно построения модели

Окно содержит рад закладок: «Общие свойства», «Шары», «Эллипсоиды» и т.п. Для начала формирования модели необходимо заполнить страницу «Общие свойства». Здесь указываются следующие параметры: необходимая концентрация включений, размеры образца и типы включений, которые нужно использовать при заполнении. Первые два параметра указываются путем заполнения соответствующих полей (замечание: значение концентрации может изменяться от 0 до 1, а размеров фигуры – от 1 до 50), а группы включений необходимо отметить “галочками” в графе «В заполнении использовать» (например, на рис. 2 в заполнении будут использованы только шары и параллелепипеды).

Рис. 3 Просмотр параметров заполнения Закладки «Шары», «Эллипсоиды» и пр. содержат информацию о параметрах заполнения

образца для отдельных групп включений (эти параметры не подлежат редактированию). Однако, перед началом заполнения для каждого типа фигур нужно указать тип распределения: вид случайного распределения или «гистограммное» (по умолчанию используется случайное равномерное распределение). Для этого следует перейти на соответствующую закладку и отметить


98

один из двух пунктов: «Использовать распределение» или «Случайное распределение» (на рис. 3 выбрано «Случайное распределение»).

Для начала формирования структуры образца нужно нажать кнопку «Построить модель». При этом активизируется шкала «Ход выполнения» и счетчик времени «Время», который фиксирует время с начала выполнения задачи. Кнопка «Построить модель» блокирует во избежание повторного нажатия и сбоев. Для досрочного прекращения операции следует нажать кнопку «Остановить построение».

В ходе заполнения образца может возникнуть сбой, связанный с недостижимостью необходимой концентрации φтреб. Программа рассматривает эту ситуацию как окончание выполнения задачи и переходит в ждущий режим. Для построения модели закрытия окна следует нажать кнопку «Закрыть окно», при этом программа перейдет в «Главное окно»,

Окно задания параметров модели.

В этом окне указываются основные параметры заполнения образца включениями. Окно вызывается нажатием кнопки «Задать параметры заполнения». Имеется набор глобальных параметров (сосредоточенных в закладке «Общие») и частных для каждой их групп (одноименные закладки). Рассмотрим подробнее все страницы и назначение каждого из параметров.

Страница «Общие» содержит распределение по видам включений. Распределение представлено в виде гистограммы, состоящей из 5 столбцов, каждый из которых представляет процентное содержание данного вида включений в общей массе. На рис. 4 показана гистограмма, из которой видно, что процентный вклад шаров составляет 45 %, а, например, параллелепипедов – 15 % и т.д. Очевидно, что сумма всех вкладов должна составлять 100 %.

Рис. 4. Окно задания параметров модели. Закладка «Общие»

Для создания и редактирования диаграммы в меню «Вид» нужно выбрать название группы включений (например, на рис. 4 выбран пункт «Пластины»), затем в поле «Вклад» указать процентный вклад выбранного типа включений в общую массу и нажать клавишу ENTER. При этом соответствующий столбец гистограммы изменится в соответствии с заданным значением.

Рис. 5.1. Выбор параметров Рис. 5.2. Параметры случайного заполнения В программе предусмотрена возможность указания диаграмм распределения отдельно для

каждого из видов включений. Для этого необходимо перейти на соответствующую закладку «Окна задания параметров модели». Как было сказано ранее, реализованы две возможности определения распределения размеров включений: строго случайный в определенном диапазоне величин или согласно некоторой «гистограмме распределения». Для редактирования данных необходимо выбрать один из пунктов меню: «Задать параметры случайного распределения» или «Построить гистограмму распределения» (см. рис. 5.1). В результате окно изменит свое содержание в соответствии с выбранным пунктом (рис. 5.2 и 5.3).


99

Рис. 5.3. Гистограмма распределения Рассмотрим редактирование параметров случайного распределения. Для этого требуется

указать граничные размеры геометрических фигур соответствующих включений. Например, для шара таких параметров будет два: минимальный и максимальный радиус; для эллипсоида – шесть: минимальный и максимальный размер каждой из осей; и т.д. Таким образом, для каждой из групп включений эта страница имеет свой внешний вид. Значения нужно вводить в соответствующие поля на странице и после каждого ввода нажимать клавишу ENTER. На рис. 5.2 приведен пример заполнения страницы случайного распределения для эллипсоидов.

Гистограммное распределение позволяет более точно задать распределение, отражающее экспериментальные данные, однако требует значительного количества параметров, которые указываются отдельно для каждой группы включений. Для начала редактирования этих параметров нужно перейти на закладку, соответствующую тому или иному типу включений, и выбрать пункт меню «Построить гистограмму распределения», в результате чего страница примет вид подобный тому, который изображен на рис. 5.3. Гистограмма распределения определяет, сколько процентов от общей массы включений данной группы будет иметь соответствующий размер в заданном направлении. Таким образом, гистограмму необходимо указывать отдельно для каждого измерения геометрического тела, т.е. для эллипсоидов – по трем осям, для параллелепипедов – по трем габаритам и для шаров – по радиусу. На рис. 5.3 показана гистограмма для одной из осей эллипсоидов.

Окно отчета о построении Редактирование гистограммы распределения начинается с выбора оси, параметры которой

подлежат изменению. На примере в соответствующем меню выбран пункт «Параметры оси “b”», что соответствует одной из осей эллипсоида. Затем следует указать число опорных точек – число столбцов в диаграмме. Этот параметр необходимо ввести в поле «Число точек» и нажать клавишу ENTER. При этом на гистограмме автоматически обозначится указанное число столбцов. Теперь последовательно перебирая точки в меню «опорных точек» нужно для каждой из них указать два параметра: значение длины данного измерения и его процентный вклад. Это производится путем заполнения соответствующих полей: «Процентный вклад» и «Значение радиуса». При изменении номера опорной точки или каких-либо других пунктов меню эти поля автоматически принимают те значения, которые были занесены в них ранее.

Рис. 6. Окно отчета о построении модели

Окно отчета о построении содержит информацию о текущей структуре образца. Такая информация важна, поскольку в результате выполнения операции заполнения включениями,


100

процентное соотношение включений разных групп, а также общая концентрация, могут не в точности совпадать с заданными пользователем. Здесь представлены следующие данные:

• диаграмма «распределения по количеству» показывает количественное соотношения включений разных групп;

• диаграмма «распределения по объему» отражает концентрацию включений каждой группы. В идеале эта диаграмма должна совпадать с гистограммой «распределения по видам» (см. п. «Окно задания параметров модели», рис. 4);

• текущая концентрация – является самой важной характеристикой; в идеале её значение должно совпадать с указанным в графе «Необходимая концентрация» (см. п. «Окно построения модели», рис. 2);

• также окно содержит информацию о предельных размерах включений каждого вида (для просмотра нужно перейти на закладку с названием группы включений). Эти данные приводятся только для проверки корректности заполнения для исключения сбоев в работе программы.

Окно построения сечений.

Процедура построения сечений образца позволяет просматривать разрезы, содержащие как включения, так и новообразования и непрореагировавшие частицы. Секущая плоскость ориентирована параллельно одной из граней образца, а её положение определяется пользователем путем указания координаты смещения.

.

Рис. 7. Окно построения сечений

Чтобы приступить к построению сечений, необходимо создать или загрузить модель с распределенными включениями и вызвать окно построения сечений путем нажатия кнопки «Построение сечений» в главном окне программы. При этом на экране появится окно, подобное тому, которое изображено на рис. 7. Для получения нужного изображения необходимо указать ряд параметров, собранных в три группы: положение секущей плоскости, тип модели и типы включений

В программе возможны три типа модели: исходная модель и полученная в результате уплотнения включений в сторону всплывания или в сторону погружения. На сечении одновременно может быть показана только одна из моделей. Чтобы установить этот параметр, в «Окне построения сечений» нужно отметить один из трех пунктов: «Исходная модель», «Модель всплывания» и «Модель погружения». По умолчания, в программе установлена «Исходная модель». Замечание: для работы с моделями всплывания и погружения необходимо предварительно их создать в соответствующем окне.

К типам включений относятся: исходные включения, новообразования и непрореагировавшие частицы. В разрезе можно просмотреть все типы одновременно или по отдельности. Эти параметры указываются в группе «В сечении отображать» (см. рис. 7). Для этого нужно отметить соответствующие типы включений: «Исходное включение», «Внешнюю оболочку» – соответствует новообразованию, и «Внутреннюю оболочку» – соответствует непрореагировавшим частицам. На сечении исходные включения имеют красный контур, новообразования – синий, а непрореагировавшие частицы – зеленый. На рис. 7 изображен пример сечения, в котором показаны все типы включений.

Положение секущей плоскости задается в условных координатах через смещение плоскости относительно грани образца. Координата плоскости изменяется от 0 до «ширины образца» – величины, которая указывается при создании модели (см. п. «Окно построения модели», рис. 2), и может быть как целочисленной, так и дробной. Эта величина задается в графе «Значение» (см. рис. 7). В программе имеется возможность построения одиночного сечения и цикла сечений с заданным


101

шагом. Шаг указывается в графе «Шаг» и может быть также целочисленным или дробным. Для построения одиночного сечения нужно ввести координату плоскости в графу «Значение» и нажать клавишу ENTER. При построении цикла сечений значение координаты изменяется в соответствии с шагом; тогда изображении строится автоматически при изменении координаты. Для изменения координаты в цикле нужно пользоваться кнопками >> – выполняет увеличение координаты на значение шага, и << – выполняет уменьшение на шаг.

Окно моделирования роста частиц.

Окно моделирования роста частиц вызывается путем нажатия кнопки «Моделирование роста частиц» в главном окне программы. При этом на экране появляется окно подобное тому, которое изображено на рис. 8.

Перед началом моделирования необходимо указать некоторые параметры, а именно уравнения, задающие изменение размеров включения со временем, и промежуток времени, на протяжении которого рассматривается процесс.

Уравнения представляют собой степенной многочлен одной переменной следующего вида: n

n xaxaxaxaay 1313

212110 ...+++++= . Здесь а0,…, аn – коэффициенты модели, а x1 –

переменная, которая представляет время. В программе имеется возможность задания независимых уравнений для отдельных групп

включений, поэтому в окне имеются пять граф для ввода уравнений, каждая из которых соответствует группе включений (см. рис. 8). Уравнения могут быть введены вручную или загружены из текстового файла. В файле уравнение должно размещаться в первой строке и не содержать символов табуляции или перевода каретки. Для загрузки из файла необходимо нажать кнопку «Загрузить», расположенную напротив соответствующей графы ввода, при этом появится стандартный диалог открытия файлов в Windows, где нужно будет указать имя файла. Для упрощения ввода уравнений, в программе можно загрузить все уравнения из одного файла. Структура этого файла следующая: первая строка содержит уравнение роста шаров по правилам, описанным выше, вторая – уравнение роста эллипсоидов, и т.д. Загружают такой файл нажатием кнопки «Загр. все».

Рис. 8. Окно моделирования роста частиц

Если необходимо обеспечить неравномерный рост включения по осям, то в графах, обозначенных на рис. 8 «*», нужно ввести коэффициенты сжатия по двум не главным полуосям. Тогда процесс развития включения будет следующим: в направлении главной оси приращения будут вычисляться по указанному уравнению, а в направлении малых осей величины, полученные из уравнения, будут умножаться на эти коэффициенты соответственно.

Временной промежуток задается тремя параметрами: начальное время, конечное время и шаг изменения времени. Все они вводятся в соответствующие поля окна.

Когда все параметры заданы, можно приступить к запуску процесса моделирования. Запуск осуществляется нажатием кнопки «Начать». Для визуального отображения хода выполнение, на окне имеется индикатор.

По окончанию выполнения задачи формируется новая структура модели, которая теперь состоит из исходных включений, новообразований и непрореагировавших частиц. В программе предусмотрена возможность просмотреть численные характеристики новой модели. Для этого необходимо вызвать соответствующее окно нажатием кнопки «Численные характеристики».

Окно «Численные характеристики преобразованной модели» (см. рис. 9) содержит информацию об объеме, занимаемом новообразованиями и непрореагировавшими частицами, и объеме пустот. Все эти данные приведены для каждой группы включений и, в общем, для модели.


102

Рис. 9. Окно численных характеристик новой модели

Окно моделирования движения частиц. Окно моделирования движения частиц (рис. 10) вызывается нажатием кнопки

«Моделирование движения» в главном окне программы. Здесь осуществляется задание необходимых параметров и выполнение задачи моделирования.

Понятие «движение включений» подразумевает перемещение включений в заданном направлении. В программе разделены понятия перемещения вдоль одной оси в разных направлениях, поэтому рассматриваются отдельно процессы «погружения» и «всплывания».

Смещение частицы от начального положения с течением времени определяется уравнением, представляющем степенной многочлен одной переменной вида

nn xaxaxaxaay 1

313

212110 ...+++++= . Здесь а0…аn –коэффициенты модели, а x1 – имя

переменной, которая представляет время. Такие уравнения могут быть как одинаковыми для всех групп включений, так и различными.

Рис. 10. Окно моделирования движения включений

Слева на окне имеется перечень всех групп включений, каждая из которых сопровождается горизонтальной графой. Графы сгруппированы в два столбца, озаглавленных «Вверх» и «Вниз» соответственно. Таким образом, в колонке «Вверх» указываются уравнения, которые определяют модель всплывания, а в колонке «Вниз» – модель погружения. Уравнения могут быть введены вручную или загружены из текстового файла. В файле уравнение должно размещаться в первой строке и не содержать символов табуляции или перевода каретки. Для загрузки из файла необходимо нажать кнопку «…», расположенную напротив соответствующей графы ввода, при этом появится стандартный диалог открытия файлов в Windows, где нужно будет указать имя файла. Для упрощения ввода уравнений, в программе можно загрузить все уравнения из одного файла. Структура этого файла следующая: первая строка содержит уравнение роста шаров по правилам, описанным выше, вторая – уравнение роста эллипсоидов, и т.д. Загрузить такой файл можно путем нажатия кнопки «Загрузить все уравнения дв. вверх» или «Загрузить все уравнения дв. вниз», в зависимости от того, какую графу нужно заполнить.

Направление уплотнения задается путем указания координатной оси; тогда уплотнение в положительном направлении соответствует модели всплывания, а в отрицательном – погружения. Этот параметр вводится в графу «Ось» в текстовом виде, т.е. может принимать одно из трех значений: x, y или z.


103

Временной промежуток задается тремя параметрами: начальное, конечное время и шаг его изменения. Все они вводятся в соответствующие поля окна.

Поскольку понятия погружения и всплывания разделены, то разделены и процессы их моделирования. Таким образом, для запуска процесса всплывания нужно нажать кнопку «Запустить процесс всплывания», а для запуска процесса погружения – «Запустить процесс погружения». Каждый из процессов имеет индикатор хода выполнения.

Окно расчета пористости. В этом окне выполняется расчет пористости и просмотр конечных результатов,

представленных в виде диаграмм. Окно вызывается нажатием кнопки «Расчет пористости» в главном окне программы.

Программа позволяет рассчитывать пористость модели, содержащей исходные включения или новообразования. Этот параметр расчета указывается в графе «Общая информация» путем выбора одного из двух пунктов: «Для исходных частиц» или «Для новообразований» (см. рис. 11).

В графе «Укажите метод» нужно выбрать один из двух методов расчета: «Метод прямых» – выполняет расчет по алгоритму, описанному выше под названием Метод пространственных прямых; «Метод окружностей» – выполняет расчет по алгоритму под названием Метод окружностей. Каждый из методов имеет параметры: для метода прямых – это количество опытов (величина вводится в графу « N = »), а для метода прямых – это число опытов (графа « N = ») и точность расчета (графа « K = », оптимальные значения 1…5).

Запуск расчета осуществляется нажатием кнопки «Рассчитать пористость». Ход выполнения отображается на соответствующем индикаторе. Просмотр гистограмм пористости выполняется по окончанию работы задачи. Для этого нужно вызвать специальное окно нажатием кнопки «Просмотреть диаграммы».

Рис. 11. Окно расчета пористости

В окне имеются два поля построения графиков: «Статистика размеров пор» (здесь отображаются гистограммы) и «Интерполированный график» (здесь строится непрерывный график путем интерполяции). В нижней части окна осуществляется выбор типа диаграммы: «Диаграмма N(r)» – соответствует гистограмме распределения количества пор по их диаметру; «Диаграмма V(r)» – соответствует гистограмме распределения объемов, занимаемых порами, по их диаметру; «Диаграмма dV/dr» – соответствует дифференциальной гистограмме распределения объемов, занимаемых порами, по их диаметру

Рис. 12. Окно просмотра диаграмм


104

Пункт « Интерполировать» указывает на то, в каком поле строить диаграмму. Если он отмечен “галочкой”, то диаграмма будет построена на «Интерполированном графике», в противном случае – на “гистограммном”. Построение выполняется при нажатии кнопки «Построить диаграмму».

Окно распределения размеров непрореагировавших частиц и новообразований.

В этом окне выполняется просмотр дополнительных характеристик модели, содержащей новообразования и непрореагировавшие частицы, а именно гистограммы распределения этих частиц по количеству, дифференциальному и интегральному объемам. Окно вызывается нажатием кнопки «Кривые расп. размеров» в главном окне программы.

Гистограммы строятся для одного из типов частиц: для непрореагировавших или для новообразований. Этот параметр указывается в графе «Укажите тип частиц» путем выбора нужного пункта меню. На диаграмме может отражаться распределение всех частиц или какой-то группы. В графе «Укажите диаграмму» необходимо выбрать один из шести пунктов: «Общая диаграмма» – на диаграмме будет отображено распределение всех частиц в образце; «Для шаров» и др. – на диаграмме отображается распределение частиц соответствующей группы.

В нижней части окна осуществляется выбор типа распределения: «Диаграмма N(r) » – соответствует гистограмме распределения количества частиц по их диаметру; «Диаграмма V(r)» – соответствует гистограмме распределения объемов, занимаемых частицами, по их диаметру; «Диаграмма dV/dr» – соответствует дифференциальной гистограмме распределения объемов, занимаемых частицами, по их диаметру.

Рис. 13. Окно кривых распределения

Построение выполняется при нажатии кнопки «Построить диаграмму».

Окно расчета удельной поверхности. В этом окне (рис. 14) производится расчет удельной поверхности включений каждой из групп при

заданной плотности частиц, из которой они состоят. Окно вызывается нажатием кнопки «Расчет удельной поверхности» в главном окне программы.

Рис. 14. Окно расчета удельной поверхности

Для расчета удельной поверхности необходимо иметь загруженной модель с распределенными в ней включениями. Поскольку параметр плотности частиц включений нигде, кроме данного расчета, в программе не встречается, то он указывается непосредственно перед расчетом в этом окне.

Слева в окне содержится перечень групп включений, каждой из которых соответствует две графы «Плотность» и «Удельная площадь S/m». Первый параметр является исходным, а второй –


105

расчетным. Вычисление производится для каждой группы независимо, поэтому достаточно заполнить графу «Плотность» для какой-то одной группы включений и нажать кнопку «Рассчитать», расположенную в соответствующей строке, чтобы получить результат.

Таким образом, выше дано описание основных возможностей программы по моделированию трехмерной динамической структуры материалов, которая позволяет провести численный эксперимент по моделированию процессов формирования структуры и определения ее параметров при, в частности, твердении строительных материалов и их виброуплотнении, труднодоступных для прямого экспериментального наблюдения.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ МЕЖДУ ГЕОСИНТЕТИКОМ И ГРУНТОМ В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ

НА ОБЪЕКТЕ СТРОИТЕЛЬСТВА Костоусов А.Н., аспирант, Виноградов В.В., д.т.н., профессор, Зайцев А.А., к.т.н., доцент

На сети железных дорог для повышения механических свойств грунта в сооружениях из него все большее применение находит армирование грунта (армогрунт). Современный тип армирования грунта был разработан известным французским инженером А. Видалем [1] в 1960 году. Его идея состояла в создании композитного материала, образуемого армирующими полосами, которые ук-ладываются горизонтально в грунт, обладающий определенным трением. Взаимодействие между грунтом и армирующими элементами обеспечивается исключительно за счет трения, вызванного гравитационными силами. Определение этого параметра становится актуальной проблемой при расчетах устойчивости армогрунтовых сооружений.

Примером использования подобной технологии служит строительство в Адлерском районе г. Сочи подхода к эстакаде за счет сооружения армогрунтовой насыпи под автомобильную дорогу Джубга-Сочи (км 209-205), сооружаемой в виде армогрунтовой стены по проекту ООО «Гранд-Массар». Технологически она состоит из двух подпорных стен левой и правой по ходу пикетажа, где в качестве облицовки используются модульные блоки конструкции Tensar, которые за счет приме-нения закладного соединительного элемента зажимают георешетку (рис. 1).

Рис. 1. Конструкции армогрунтовой стены 1 – модульный облицовочный блок; 2 – геотекстильный нетканый материал; 3 – георешетки Tensar 80 и 120RE; 4 – щебень фракцией 20-40мм; 5 – дренажная перфорированная труба d =

160мм; 6 – грунт обратной засыпки; 7 – ленточный фундамент; 8 – закладной соединительный элемент

Армирующий элемент – одноосная георешетка Tensar 80,120 RE имеет различную длину ар-

мирования по всему сооружению (Табл. 1), фронтальная стена у устоя эстакады запроектирован длиной 11 м. Длины георешетки на различных участках стены обусловлены коэффициентом трения


106

между георешеткой и грунтом, а также действующими нагрузками. Шаг армирования в конструкции принят 0,45 м.

Таблица 1 Длина георешетки на различных участках

Длина участка армирования, м

Длина георешетки в правой стенке по ходу пикетажа, м

Длина георешетки в левой стенке по ходу пикетажа, м

25 6 6 25 6 8 30 7 8 55 6 9 5 7 9 5 8 9 5 9 9

13 8,5 8,5

При расчетах подобного типа сооружений необходимо определить коэффициент трения ме-жду геосинтетическим материалом и грунтом для этого надо прибегнуть к лабораторным испытани-ям на выдергивание на стендовом оборудовании. Проведение подобного типа испытаний требует установления влияния длины заделки георешетки на коэффициент трения между геосинтетиком и грунтом.

Рис. 2. Основные размеры одноосной решетки.

Характеристики материала. Испытания проводились на объекте строительства армогрунтовой конструкции. Использова-

лась одноосная георешетка Tensar 120 RE c длиной армирующего элемента 3м и 4,5м и шириной 1,3м основные размеры решетки представлены на рисунке и таблице 2.

Таблица 2 Основные параметры отдноосной георешетки Tensar 120 RE.

Материал Ширина рулона, м

Удельный вес, кН/м2 aL, мм aT, мм bB, мм bR, мм tB, мм tR, мм

Tensar 120 RE 1,3 0,94 235 16 16 6 5,5-

5,9 2,0

В качестве грунта засыпки использовался песок гравелистый однородный зеленовато-серый

с коэффициентом неоднородности Сu=2,75; максимальной стандартной плотностью сложения ρdmax=1,79 г/см3; оптимальной влажностью Wопт=13,4 %; угол внутреннего трения φ=40град (соглас-но СНиП 2.02.01-83). На рис. 3 представлена интегральная кривая гранулометрического состава песка.

Натурный эксперимент. На выровненную и предварительно уплотненную поверхность укладывалась одноосная гео-

решетка (длиной армирования 3м или 4,5м). На натянутую георешетку отсыпалось последователь-но два слоя грунта толщиной по 14 см. После отсыпки слоя производится предварительное уплот-нение виброуплотняющей плитой. Напряжение, создаваемое за счет отсыпанных слоев песка на георешетку, в проведенных двух экспериментах составляло 5,18 кПа.

При укладке песка один конец георешетки остается свободным для соединения его с дина-мометром (100кН), а он в свою очередь с выдергивающей машиной.


107

Диаметр частиц, мм

Рис. 3 Интегральная кривая гранулометрического состава гравелистого песка

При проведении эксперимента (из-за недостаточного веса песка), георешетка выдергивалась вместе со слоем грунта уложенного сверху нее, что было учтено при расчете коэффициента тре-ния, т.е. в расчет закладывалась одна (нижняя) поверхность взаимодействия геостинтетика и грун-та.

Расчет коэффициента трения между георешеткой и грунтом производится по следующей формуле [2]:

nГП AG

Tf2

= , (1)

где ГПf – коэффициент взаимодействия между георешеткой и грунтом; Т – выдергивающее уси-лие кН/м; А – площадь контакта георешетки и грунта, м2 ; Gn – напряжения на уровне георешетки, кН/м2; 2 – коэффициент учитывающий две поверхности взаимодействия грунта и георешетки.

Результаты натурных испытаний представлены в табл. 4. Полученные по расчету значения коэффициентов взаимодействия между грунтом и георе-

шеткой равны, что свидетельствует об отсутствии влияния длины армирующего элемента на его изменение и повышении механических свойств грунта ПГП ff > .

Таблица 4 Результаты проведенного эксперимента.

Но-мер теста

Тол-щина слоя грун-та,м

Длина задел-ки, м

Ширина образца,м

Плот-ность грунта, кН/м3

Выдерги-вающее усилие, кН

Коэффи-циент трения,

ГПf

Угол внут-реннего трения грунта φ,град

Коэффи-циент трения песка,

Пf

1 0,28 3 1,3 18,5 20 0,99 40 0,83 2 0,28 4,5 1,3 18,5 30 0,99

Выводы: Определение коэффициента взаимодействия между грунтом и армирующим элементом не-

обходимо для обеспечения надежной работы сооружения и всей конструкции в целом. По резуль-татам проведенных экспериментов можно сделать следующие выводы, длина заделки армирующе-го элемента в частности одноосной георешетки не влияет на изменения этого параметра при про-чих равных условиях, следовательно, это оптимизирует размеры лабораторного оборудования ис-пользуемого в исследованиях на выдергивание геосинтетика из грунта. Список литературы

1. Джоунс К.Д. Сооружения из армированного грунта перевод с английского В.С. Забавина, под ред. д-ра техн. наук В.Г. Мельника.- М.:Стройиздат,1989.-279с.

2. S.C. Jonathan, Cheng Geosynthetic soil reinforcement testing procedures// Special technical publication, 1993.-93.

3. Рабочая документация «Совмещенная (автомобильная и железная) дорога Адлер – гор-ноклиматический курорт «Альпика-сервис», 1 этап «Строительство второго пути на участке Адлер – Имеретинский курорт» Путепровод с проходами через железную дорогу (ПК 19918+56,4) на автодо-роге Джубга – Сочи (км 209+205).

Содержание

частиц

,%


108

4. Отчет о НИР «Оценка качества уплотнения грунта армогрунтовой стены по титулу «Строительство совмещенной (автомобильной и железной) дороги Адлер - горноклиматический курорт «Альпика-Сервис» (проектные и изыскательские работы, строительство). Определение фи-зических характеристик грунта (гранулометрический состав, параметры стандартного уплотнения) и оценка качества уплотнения грунта при сооружении армогрунтовой стены. Тема №42/10. Руководи-тель темы, доцент Фроловский Ю.К. МИИТ – М.:2009.

5. Основания зданий и сооружений/СНиП 2.02.01-83.- Госстрой СССР.- М.: ЦИТП Госстрой СССР, 1985.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРОВАЛООБРАЗОВАНИЯ С ИПОЛЬЗОВАНИЕМ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

Мелёшкина Т.Б., аспирант

Из всех геомеханических моделей, разработанных когда-либо в горном деле применительно

к обрушению дисперсных пород над подземными выработками, наиболее простыми и в то же вре-мя, весьма удачными являются далеко не новые решения Ф. Бирбаумера и М.М. Протодьяконова. Первое применительно к провалообразованию, а второе – к внутреннему обрушению, не дости-гающему земной поверхности.

Несмотря на то, что модель Ф. Бирбаумера в наши дни практически не используется в гор-ном деле, она нашла широкое применение в инженерном карстоведении [1]. Для многослойных толщ, наиболее универсальные решения подобного типа были предложены В.М. Кутеповым и Г.М. Троицким [2].

Большое внимание в инженерном карстоведении имеет строительство железнодорожных сооружений, так как значительно осложнено движение транспорта на железных дорогах, пересе-кающих зону карста (в конкретном случае, покрытого карста).

В связи с этим в настоящей статье рассмотрена возможность провалообразования с исполь-зованием математических моделей на примере 225 км перегона Пешелань – Арзамас I Горьковской железной дороги (ГЖД).

Исходные данные для расчёта предоставлены геологической базой ГЖД. Это карты карсто-опасности, схема условий развития карста на перегоне Пешелань – Арзамас I ГЖД, некоторые гео-лого-литологические колонки. На основе анализа этих данных был выбран участок для определе-ния возможности провалообразования (225 км перегона Пешелань – Арзамас I ГЖД).

На рис. 1 представлена схема к расчёту возможности провалообразования в результате за-крытого фильтрационного разрушения несвязанных пород нисходящим потоком.

Рис. 1. Схема к расчёту возможно-

сти провалообразования в результате закрытого фильтрационного разрушения несвязанных пород нисходящим потоком.

1 - субгоризонтальная (а) и наклон-ная (б) земная поверхность;

2 – свободная или пьезометриче-ская поверхность подземных вод;

3- существующие подземные по-лости;

4 – ожидаемый суффозионный про-вал;

5-7 - дисперстные породы: 5 - с высокой поровой проницаемо-

стью; 6 – с высокой поровой проницаемо-

стью и слабопроницаемые; 7 – слабопроницаемые.


109

На выбранном участке несвязанные породы (пески мелкие и средней крупности) представ-ляют собой первых от поверхности слой и содержат безнапорный водоносный горизонт. Следова-тельно, карстовосуффозионный провал может возникнуть в результате подъёма уровня грунтовых вод выше некоторой критической величины (Δh) (это, как правило, связано с инфильтрацией).

Величину Δh рассчитывали, исходя из условия:

ysw Hhm σγ ≥−Δ+ )(| , (1)

где wγ удельный вес воды, принимаемый равным 10 кН/м3; ms - параметр водонасыщенных не-

связных пород; Δh - некоторая критическая величина пьезометрического напора, присутствующих в них подземных вод; H - пьезометрический напор воды в полости-приёмнике, считая от их подошвы; σy - горизонтальное нормальное напряжение на их верхней границе.

aaay hm ξγσ )( Δ−= , (2)

где am параметр водонасыщенных несвязных пород зоны аэрации; ξ коэффициент бокового дав-ления:

)2/45(2 ϕξ −= oa tg . (3)

[ ] )/(( aawswaaa Hmmh ξγγγξγ +−−=Δ . (4) Максимально возможный диаметр провала d рассчитывается по формуле:

[ ] [ ] ssassaaasws tghmhmhmHhmhmd ϕγγξγγ )(3)(2/(2)()(2 Δ−+Δ+Δ−+−Δ+Δ+= ,(5)

где 'sγ - удельный вес породы, взвешенной в воде, принимаемый равным 10 кН/м3.

В табл. 1 представлены расчётные характеристики четвертичных пород, слагающих покровный слой карстующихся прод.

Таблица 1

№п/п

Дисперсные по-роды, слагающие слой, покрываю-щий карстую-щиеся породы

Свойства диспресных пород

Удельный вес, кН/м3

Удельное сцепление, кПа

Угол внут-реннего тре-ния, градусы

Мощность слоя, м

1 Песок мелкий 16 0 32 1

2 Песок средней крупности 17 032 36 8

9=am м; 9== Hms м;

В результате расчёта были получены следующие значения: 31,0=aξ (песок мелкий);

28,0=aξ (песок средней крупности); 18,2=Δh м; 58,141=yσ kH: 20,18≥ 141,58 [kH] - усло-

вие не выполненено, поэтому провалообразование невозможно. В данной статье в связи с недостатком исходных данных не рассчитывалась возможность про-

вало образования с учётом трещиноватости карстующихся пород [3]. Эти расчёты весьма важны, так как размер трещины (полости) напрямую влияет на диаметр провала. Список литературы

1. Хоменко В.П. Закономерности и прогноз суффозионных процессов. –М.: ГЕОС, 2003.-216 с.

2. Инженерно-строительное освоение закарстованных территорий/ В.В. Толмачёв, Г. М. Троицкий, В.П. Хоменко; Под ред. Е.А. Сорочана.-М.: Стройиздат, 1986.-176 с.: ил.

3. Максимович Г.А. Основы карстоведения, том I, Пермь-1969.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ГЕОТЕКСТИЛЯ Мелёшкина Т.Б., аспирант, Зайцев А.А., к.т.н., доцент

Основная площадка земляного полотна является одним из важных элементов железнодо-

рожного пути, определяющих стабильность геометрии рельсовой колеи. Вместе с тем сложные ус-ловия работы основной площадки привели к широкому распространению на сети железных дорог дефектов и деформаций этого элемента, что требует повышенных затрат на содержание пути.


110

Наиболее характерными деформациями для основной площадки являются балластные уг-лубления, связанные с недостаточной прочностью слагающих её грунтов.

Для усиления основной площадки земляного полотна в соответствии с «Техническими усло-виями на работы по ремонту и планово-предупредительной выправке пути»№ ЦПТ/51 предусмат-риваются мероприятия по глубокой очистке балласта, планировке основной площадки, а также уст-ройству подбалластных защитных слоёв. В качестве защитных слоёв могут быть использованы по-душки из крупно- и среднезернистого песка, песчано-гравийной смеси или щебня фракции менее 25 мм, а также покрытия из пенопласта и геотекстиля. Предпочтение следует отдавать покрытиям из геотестиля, так как следует считать, что они являются экономически выгодными.

Для оценки эксплуатационных свойств геотекстиля при использовании его для усиления же-лезнодорожного пути должны быть проведены испытания по определению следующих показателей: поверхностной плотности материала; разрывной нагрузки; относительного удлинения при разрыве; прочности при продавливании шариком; коэффициента фильтрации через материал; определение действующего диаметра пор.

Рассмотрим более подробно определение коэффициента фильтрации геотекстиля. Установка для испытаний изготовлена по принципу прибора Дарси, который применяется

для лабораторных испытаний в грунтоведении. Основной частью установки является ёмкость (ци-линдр), где горизонтально размещаются испытываемые образцы.

Цилиндр состоит из трех частей, в средней располагают кассету из образцов геотекстиля, зажимаемую между верхней и нижней частями цилиндра. Образцы собираются из нескольких слоев геотекстиля.

Образцы размещают на перфорированном диске для равномерного распределения приложенной внешней нагрузки и беспрепятственного пропуска фильтрующейся воды. Сверху на образцы укладывается калибровочная шайба с внутренним диаметром 145 мм (площадь внутренней поверхности - 165 см2). Собранную таким образом кассету завершают сверху и снизу резиновые уплотнительные кольца для герметизации зазора между образцами и стенками цилиндра и упорные шайбы, на которые при закручивании действуют верхняя и нижняя части цилиндра.

Калибровочная шайба и перфорированный диск имеют дополнительные отверстия, располагающиеся равномерно, в которые устанавливаются металлические болты. Болты служат средством для создания требуемой величины давления непосредственно на образцы геотекстиля.

В цилиндре имеется 5 отверстий для пропуска воды, из которых 2 средних связывают прибор с водяными пьезометрами, нижнее и верхнее служат для подачи воды в прибор и отвода воды из него, отверстие в дне цилиндра служит для освобождения прибора от воды по окончании работ. Два стеклянных водяных пьезометра показывают давление внутри опытного цилиндра перед входом воды в образец (до фильтрации) и при выходе воды из него (после фильтрации), то есть по разности их показаний определяются потери напора фильтрационного потока. Верхний бачок, который можно перемещать вертикально по штанге и устанавливать на различном уровне, служит для подачи воды в прибор, причем переливное устройство поддерживает заданное давление и удаляет излишки воды, подаваемой на установку. Нижний бачок, также перемещающийся по вертикальной штанге на различные уровни, служит для создания давления на выходе из прибора, а его переливное устройство позволяет собирать отфильтрованную воду в мерный сосуд.

Из материала вырезались круглые образцы диаметром 240 мм. Количество образцов одного вида геотекстиля определяется в зависимости от толщины материала. Число слоев подбиралось так, чтобы их суммарная толщина составляла около 20 мм (соответствует 10 образцам геотекстиля).

Затем металлические болты закручивают до того, как будет подобрана заданная толщина, соответствующая значению 17,30 мм при нагрузке 2 кПа и 1,30 мм при нагрузке 200 кПа. Данные значения определены из испытаний на сжатие образцов геотекстиля при заданных нагрузках. Нагрузка подбирается так, чтобы болты оказывали на образцы заданное давление.

Опыты проводились следующим образом: при фиксированном расположении верхнего и нижнего бачков и при постоянной нагрузке включается подача воды. После стабилизации уровней воды производились замеры разности показаний пьезометров (в мм), объема фильтрующейся воды (в см3), времени сбора этого объема по секундомеру (с). После перерыва производились следующие измерения тех же параметров, и так до пяти раз. Затем давление увеличивалось, и испытания повторялись на второй ступени нагрузки.

Таким образом, при одном расположении напорных бачков выполняется 15 измерений - по 5 опытов для каждого значения давления.

Коэффициент фильтрации kф [см/с] опытного геотекстиля определялся по известной зависимости Дарси, связывающей скорость фильтрации V [м/с] и гидравлический уклон i: V= фk i

(здесь kф = V/i) для каждого из опытов, а затем подвергается статистическому анализу. После анализа результатов средний коэффициент фильтрации для двух поризведенных

опытов, полученный при нагрузке 200 кПа и при трёх различных напорах воды (Н=37 см, Н=27см, Н=17 см), сравнили с допускаемым значением коэффициента фильтрации из ТУ:

-средний коэффициент фильтрации (1-й опыт): 0615,0=фсрk см/с > [ 410*1k −=фдоп ] см/с;

-средний коэффициент фильтрации (2-й опыт): 0789,0=фсрk см/с > [ 410*1k −=фдоп ] см/с;


111

По результатам испытаний определено, что коэффициент фильтрации геотекстиля отвечает нормам ТУ (Технических Указания на применение пенополистерола и геотекстиля при усилении основной площадки земляного полотна, без снятия рельсошпальной решётки,1999г.), и может быть использован для усиления основной площадки земляного полотна, что повысит её надежность и долговечность.

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ АНАЛОГИИ, КРИТЕРИИ ПОДОБИЯ И МАСШТАБЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Романова В.М., к.т.н., доцент

В инженерной практике для решения новых задач создаются специальные математические

описания, т.е. моделирующие алгоритмы, которые реализуются на электронных вычислительных машинах (ЭВМ) различного типа.

Однако, в отдельных случаях, например, в задачах непрерывного управления объектами, ко-гда скорость решения задач значительно больше скорости протекания процесса, более эффектив-ной оказывается аналоговая вычислительная машина (АВМ). Для различных задач динамики с по-мощью АВМ можно запрограммировать такие аналоговые схемы, что скорость протекания процесса в модели (машине) будет равна скорости протекания этих процессов в натуре (оригинале). Напри-мер, в работе [1] подробно описан аналоговый вычислительный комплекс АВК-31, который позво-ляет моделировать различные динамические объекты. Возможность решения задач на АВМ син-хронно с процессом - это одно из его несомненных преимуществ по сравнению с ЭВМ. Кроме того скорость протекания процесса в машине можно ускорить или замедлить.

В работе [4] стр.(63-66) показано применение уравнений аналитической механики к электри-ческим и электромеханическим системам. Рассмотрим малые вынужденные колебания системы с одной степенью свободы, совершающиеся около положения устойчивого равновесия. Будем пред-полагать, что возмущающая обобщенная сила известная функция времени Q(t). В этом случае за-пишем выражение для кинетической и потенциальной энергии, а также для диссипативной функции Релея:

121

21 2

1Ф,21П,

21 qbcqqT && === α , (1)

где 1q - обобщенная координата, 1q& - обобщенная скорость, α - приведенная масса системы, с -

приведенный коэффициент упругости, b - коэффициент диссипации энергии. При этом α , b , c - положительные постоянные величины.

Запишем уравнение Лагранжа 2-го рода:

( )tQqq

TqT

dtd

+∂∂

−∂∂

−=∂∂

−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

1111 qФП&&

. (2)

Используя (1) и (2), получаем дифференциальное уравнение движения системы: ( )tQcqqbq =++ 111 &&&α . (3)

Отметим, что в (3):

1q&&α - обобщенная сила инерции

1qb & - обобщенная сила вязкого трения

1cq - обобщенная сила упругости

Рис. 1. Кинематическая схема механической системы Кинематическая схема механической системы, соответствующая уравнению (3), показана на

рис.1. Моделью - аналогом такой механической системы, может служить электрический контур, в


112

котором индуктивность L, омическое сопротивление R, и конденсатор емкостью С, соединены по-следовательно (рис.2). В контуре имеется внешний источник переменной Э.Д.С. Согласно второму закону Кирхгофа, Э.Д.С. должна быть равна сумме напряжений на элементах контура.

Рис. 2. Первая модель аналог механической системы Обозначим через i - силу тока

RiuR = - падение напряжения на активном сопротивлении

τddiLuL = - падение напряжения, компенсирующее Э.Д.С. самоиндукции

CquC = - напряжение на емкости

Имеем:

( )ττ

uCqRi

ddiL =++ . (4)

Поскольку сила тока, это есть скорость изменения заряда

2

2

,τττ d

qdddi

ddqi == . (5)

После подстановки (5) в (4) получим,

( )tuCq

ddqR

dqdL =++

ττ 2

2

. (6)

Сравним уравнения (3) и (6), заметим, что обобщенной координате 1q соответствует заряд q , а коэффициенты и правые части уравнений отличаются только физическим смыслом.

Если математические выражения, описывающие различные физические явления, одинаковы по форме записи и отличаются только физическим смыслом символов, входящих в эти выражения, то такие выражения называются математически изоморфными. Математический изоморфизм по-зволяет изучать поведение одних физических систем с помощью других, им эквивалентных. Чаще всего, механические системы моделируются с помощью электрических, т.к. электрические системы легко переставляются, позволяют изменять в широких пределах внешние воздействия и начальные условия, и допускают многократное использование.

Дальнейшее сравнение уравнений (3) и (6) показывает, что индуктивность L является анало-гом приведенной массы системы - α , сопротивление R — коэффициента диссипации - b, сила тока

i - аналог обобщенной скорости 1q& , коэффициенту C1

соответствует приведенный коэффициент

упругой силы - с, электрическое напряжение u(t) - аналог обобщенной силы Q(t). Электрическая схема, показанная на рис. 2 является моделью - аналогом механической сис-

темы, кинематическая схема которой показана на рис.1.

Рис. 3. Вторая модель аналог механической системы


113

Если рассмотреть случай параллельного соединения емкости С, индуктивности L и омиче-ского сопротивления R (рис.3), получим вторую модель - аналог механической системы. В этом случае в соответствии со вторым законом Кирхгофа сумма токов в узлах равна нулю, если считать аналогом обобщенной скорости. падение напряжения в электрической цепи (рис.3) можно записать,

( ) ∫++=++= ττ

τ udLR

udduCIIIi LRC

1, (7)

дифференцируя (7) почленно, получим:

τττ ddiu

Lddu

RdudC =++

112

2

. (8)

Сравнивая (3) и (8), замечаем, что координате 1q соответствует напряжение u и, механи-

ческим коэффициентам α , b , c , соответствуют LR

C 1,1, . Обобщенной силе Q(t) здесь соот-

ветствует величина τd

di, производная от силы тока по времени.

Таким образом, две электрические системы, имеющие (с точностью до обозначений) урав-нения, представляют собой две разные электрические модели (рис.2 и рис.3) одной и той же меха-нической системы (рис.1). В технике эти аналоги известны под названиями «сила-напряжение» и «сила-ток». Результаты соответствия параметров механической системы параметрам электриче-ских цепей сведены в таблицу 1.

Табл. 1 Соответствие параметров механической системы параметрам электрических цепей

Механическая сис-тема (рис.1) 1q α b с Q 2

121 q&α 2

121 qb & 2

121 cq

1q&

Первая электриче-ская (рис.2) Q L R

C1

U 2

21 qL &

2

21 qR & 2

21 qC

τd

dq

Вторая электриче-ская (рис.3) U С

R1

L1

τd

di 2

21 uC & 2

21 uR& 2

21 uL

τd

du

Из таблицы видно, что в первой аналогии кинетической энергии, функции Релея и потенци-

альной энергии в первой системе соответствуют величины 2

21 qL & , 2

21 qR & , 2

21 qC

, а во второй -

2

21 uC & , 2

21 uR& , 2

21 uL

.

Процессы, протекающие в механической системе (рис.1), можно изучать на любой из элек-трических моделей (рис.2 или рис.3), только при этом, параметры механической и электрической системы должны быть связаны масштабными соотношениям, выбранными на основании анализа размерностей и теории подобия. Общий анализ размерностей, теория подобия и моделирования с большим количеством примеров изложены в работе [10]. Подобие, моделирование, теория экспе-римента применительно к кибернетике электрических систем с конкретными примерами излагается в работе [3]. Для корректного обоснования масштабов моделирования изучаемого явления, необ-ходимо ввести для него критерии подобия.

Критерии подобия [9] можно найти в основном, двумя способами. Первый основан на приме-нении π - теоремы. Он применяется в тех случаях, когда уравнения, описывающие процессы неиз-вестны, а известны только параметры, участвующие в процессе. Второй заключается в приведении уравнений физического процесса к безразмерному виду, следовательно, применять его следует только в том случае, когда известно математическое описание задачи, т.е., например, известны дифференциальные уравнения движения и начальные условия.

При исследовании движения динамических систем [8] используется способ относительных единиц измерения, при этом все параметры выражаются в долях от, определенных образом вы-бранных, базисных величин. Уравнения при этом записываются в числовых мерах, которые не пре-восходят единицы, а знание набора базисных величин определяет так называемый класс движений механической системы. При изменении набора базисных величин выделяется для дальнейшего исследования тот или иной класс движений. Таким образом, уравнения записываются в системе единиц, соответствующей рассматриваемому классу движений. При этом появляется возможность наиболее существенные параметры, выраженные в долях от базисных, рассматривать, как дейст-вующие в условиях данной задачи критерии подобия. Этот метод [8] называется методом нормали-зации уравнений движения механических систем. Такой аспект применения анализа размерностей


114

и теории подобия является наиболее эффективным. Этот подход дает хорошие результаты при его сочетании с приближенными и численными методами исследования движения механических сис-тем.

Конкретизируем теперь значение обобщенной силы Q(t) в уравнении (3). Пусть, ( ) ptHtQ sin= , (9)

т.е. на механическую систему действует периодическая возмущающая сила с амплитудой Н и час-тотой р , тогда дифференциальное уравнение (3) примет вид:

ptHcqqbq sin111 =++ &&&α . (10) Аналитическое решение уравнения (10) имеется в работе, например, [6] стр.534-535. Примем так же, что

( ) ωττ sin0uu = , (11) тогда изменится уравнение (6) и примет вид:

tuCq

ddqR

dqdL ω

ττsin02

2

=++ . (12)

Найдем для величин, входящих в уравнение (10) критерии подобия тремя способами. Сна-чала применим анализ размерностей. В процессе участвует семь величин и, очевидно, что функ-циональная зависимость между ними может быть записана в виде:

( ) 0,,,,,, 1 =pcbHtqαϕ . (13) Проведем исследование в классе системы единиц измерения LMT. Запишем для всех вели-

чин процесса формулы размерностей:

[ ] [ ] [ ] [ ][ ] [ ] [ ] .,,

;H,,,100101111

1111000101

001

−−−

−

===

====

TLMpTLMcTLMb

TLMTLMtTLMqTLMα. (14)

Как известно, в классе систем единиц измерения LMT число основных единиц равно трем. Согласно лемме 1 [9] стр.(11-12) любая размерно-независимая совокупность характеристик не мо-жет содержать их более трех. Из анализа формул размерностей величин процесса следует, что приведенная масса системы α , обобщенная координата 1q , время t имеют независимые размер-ности от остальных характеристик. В соответствии с π - теоремой можно в этом случае записать четыре безразмерных комбинации:

321321321321

1

4

1

3

1

21

1 ,,, sssrrrkkkppp tqp

tqc

tqb

tqH

απ

απ

απ

απ ==== ′′′ . (15)

Значение чисел ip′ , ik , ir , is (i = 1,2,3) найдем из соотношений:

[ ] [ ] [ ] [ ] 3211

ppp tqH ′′′= α , откуда 2,1,1 321 −=′=′=′ ppp ;

[ ] [ ] [ ] [ ] 3211

rrr tqс α= , получим 2,0,1 321 −=== rrr ;

[ ] [ ] [ ] [ ] 3211

kkk tqb α= , находим 1,0,1 321 === kkk ;

[ ] [ ] [ ] [ ] 3211

sss tqp α= , имеем 1,0,0 321 === sss .

С учетом найденных значений iiii srkp ,,,′ (i = 1,2,3) безразмерные комбинации (15) при-мут вид:

ptctbtqHt

==== 4

2

321

2

1 ,,, πα

πα

πα

π . (16)

Легко видеть, что критерий Nlππ =1 , является известным в литературе критерием Ньюто-

на. Критерий 32 , ππ определяют связь коэффициентов cb,,α и времени t, четвертый критерий

pt=4π имеет смысл только при условии, что обобщенная сила Q(t) меняется по закону

( ) ptHtQ sin= . Получим теперь критерии подобия путем приведения уравнения (10) к безразмерному виду

[9] (стр. 21- 22), для чего разделим все его члены на первый член. В результате получим

321 ,, πππ , а четвертый комплекс pt=4π является аргументом неоднородной функции ptsin . Для иллюстрации третьего метода, следуя работе [2] (стр.30), применим к этому уравнению

метод нормализации. Обозначая характерные значения для обобщенной координаты 1q через 0q ,

а для времени t через 0t запишем:


115

tttqqq 00 , == . (17) Зависимость (17) подставим в уравнение (10) и разделим все члены уравнения на коэффи-

циент при старшей производной, получим:

tptq

Htq

cttdqdbt

tdqd

00

20

200

2

2

sinααα

=++ . (18)

Обозначим через

04

20

30

20

01 ,,, pt

ctbtq

Ht==== π

απ

απ

απ . (19)

где четвертый критерий получен как аргумент неоднородной функции tpt0sin . Перепишем уравнение (18) с учетом (19):

tqtdqd

tdqd

41322

2

sinππππ =++ . (20)

Уравнение (20) представляет собой нормализованное уравнение (10). Найдем теперь без-размерные комплексы параметров для уравнения (12). Функциональная зависимость параметров процесса в этом случае имеет вид:

( ) 0,,,,,, =ωτφ CLRui . (21) Запишем формулы размерностей величин процесса, применяя четыре основные единицы

измерения LMTI (m = 4):

[ ] [ ] [ ] [ ][ ] [ ] [ ] .,,

;,,,010001002412

2212231213121000

ITMLITMLITMLCITMLLITMLRITMLuITMLi

−−−

−−−−−−

===

====

ωτ(22)

Имеет место полная матрица размерностей данного процесса, размером 7x4. Обозначим ее:

010001002412221223121312

1000

−

−−−−−−−−

=A . (23)

Можно показать, что ранг матрицы ||А|| равен трем и, следовательно, число параметров с независимыми размерностями равно трем (k = 3), таким образом, k < m (Лемма 1 выполняется). В этих условиях из семи величин можно образовать четыре безразмерные комбинации. В работе [3] (стр. 97-100) показано, что в этом случае четыре безразмерных комплекса имеют 22 формы записи. Оставляя в стороне сопоставление способов получения безразмерных комбинаций. Запишем их с помощью приведения уравнения (12) к безразмерному виду путем деления его на первый член, получим три безразмерных комплекса, а четвертый как аргумент неоднородной функции:

ωτπτπτπτπ ==== 4

2

32

2

1 ,,,CLL

RLq

u. (24)

Для подобия двух процессов необходимо и достаточно, чтобы были равны безразмерные комплексы, определяемые начальными и граничными условиями (условиями однозначности). Сравнение формул (16) и (19) показывает, что условия однозначности дополнительных комплексов не дают, поэтому получаем четыре условия полного (теоретического) подобия механической систе-мы и электрической схемы:

( ) ( )MHMHMHMH

ptCL

ctL

RbtLq

uqHt ωττ

ατ

ατ

α=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛,,,

222

1

2

, (25)

т.е. ( ) ( )

MH γγ ππ = , ( )4,3,2,1=γ .

Запишем теперь семь соотношений между масштабами перехода от модели к натуре. Для

переходного масштаба обобщенной силы uQmQ = , приведенной массы системы

Lm α

α = , вре-


116

мени τtmt = , частот

ωpmp = , длин

qqmq

11= , приведенного коэффициента упругости

cCmc = , коэффициента диссипации энергии Rbmb = .

На основании критериев подобия (25) можно написать четыре соотношения между масшта-бами моделирования, которые в научной литературе называются индикаторами подобия:

1,1,1,11

2

==== bptctb

q

tQ mmm

mmm

mmmmmm

ααα

. (26)

Поэтому при моделировании уравнения (10) с помощью электрического контура (рис. 2) только три масштаба можно выбрать произвольно, а остальные найдутся из соотношений (26). Ка-кие из семи выбрать произвольно, это будет зависеть от искусства исследователя и возможностей аналоговой схемы.

Пусть, например, tQ mmm ,,α выбраны произвольно, тогда

tp

tc

tb

tQq m

mmm

mmm

mmm

mm 1,,,21

==== ααα . (27)

Список литературы

1. Аналоговый вычислительный комплекс АВК-31 и его применение для моделирования динамических объектов. Под ред. Кузнецова В .С . - М : МАИ, 1986. - 51 с .

2. Варданян Г.С. Основы теории подобия и анализа размерностей - М.: МИСИ, 1977. – 121 с .

3 . Веников В.А. Теория подобия и моделирования. - М.: Высшая школа, 1974. - 479 с. 4. Гантмажер Ф.Р. Лекции по аналитической механике. - М.: Наука, 1966. -300 с . 5 . Гарднер М.Ф. БЭРНС Дж.Л. Переходные процессы в линейных системах. -М., ГИФМЛ,

1961. - 551с. 6. Лойцанский Л.Г., Лурье А.И., Курс теоретической механики. Том 1. - М.: Наука, 1982. -

352с. и том 2. - М.: Наука, 1983. – 639 с. 7. Мартыненко Ю.Г. Аналитическая динамика электромеханических систем. - М.: МЭИ,

1984. - 62 с. 8. Новожилов И.В. Теория размерности и приближенные методы. - М.: МЭИ, 1987. – 78 с. 9. Романова В.М. Вопросы анализа размерностей и теории подобия в механике. - М.:

МИНГ, 1979. – 34с.

10. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. - М.: Наука, 1972. – 437 с.

ИЗМЕНЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ НЕТОЧНОСТИ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Романов Ю.И., к.т.н., профессор, Рюмин М.Г.

Обеспечить абсолютно точно требуемые размеры изделий практически невозможно. Фак-тическая точность, кажем, геометрических характеристик изготовляемых конструктивных элемен-тов, деталей машин, не может не отличаться от проектной, в рамках, установленных нормами по-грешностей по следующим причинам:

Рассмотрим для примера допускаемые отклонения Δ=Δd диметра d круглого попе-речного сечения детали – так называемое отклонение «нулевого порядка» [1]. Ясно, что фактиче-

ский размер диаметра – случайная величина X , изменяющаяся от 1Δ−d до 2Δ+d . Полагая,

для упрощения выкладок, Δ=Δ=Δ 21 , примем для X , равномерное распределение с плотно-

стью вероятности )(xf X , которая имеет вид:

[ ][ ]⎪⎩

⎪⎨⎧

+−∉

+−∈=

.)1();1(0

,)1();1(2

1)(

θθ

θθθ

ddxпри

ddxприdxf X , (1)


117

где 10 <Δ

=≤d

θ .

Отметим, что равномерное распределение используется в тех случаях, когда известен только интервал изменения случайной величины, причем у этого распределения будет максималь-ная энтропия, что согласуется с принципом Джейнса [2].

Площадь круглого сечения 4

20

dA π= при случайной изменчивости диаметра d будет

также случайной величиной, которую обозначим через Y . С учетом (1) для плотности )(yfY имеем:

[ ]

[ ]⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

+−∉

+−∈=

−

.)1(;)1(0

,)1(;)1(4)(

20

20

20

20

0

21

θθ

θθθ

AAyпри

AAyприA

yyfY . (2)

Для случайных величин кY и иY , представляющих соответственно, моменты сопротив-

ления круглого сечения при кручении кω и при изгибе иω , плотности вероятности )( кY yfк

и

)( иY yfи

будут отличаться только в силу того, что

162

200

dик

π=ω=ω .

Поэтому ограничимся приведением формулы для )( кY yfк

:

[ ]

[ ]⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

+−∈

+−∈=

−

.)1(;)1(0

,)1(;)1(6)(

30

30

30

303

0

32

θωθω

θωθωωθ

ккк

кккк

к

кY

yпри

yприy

yfк

(3)

В формуле, для )( иY yfи

вместо 0кω из (3), следует подставить 32

20

dи

π=ω

Перейдем к определению распределений для напряжений. В случае осевого растяжения стержня круглого поперечного сечения заданными (неслучайными) силами F , плотность вероят-

ности )(σΣf случайной величины Σ , отвечающей нормальным напряжениям AZΝ

=σ , запи-

шем, при FZ =Ν , в форме:

⎪⎪

⎩

⎪⎪

⎨

⎧

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−+

∉

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−+

∈

=

−

Σ

.)1(

;)1(

0

,)1(

;)1(4

)(

20

20

20

202

10

θσ

θσ

σ

θσ

θσ

σσθσ

σ

при

приf . (4)

Математическое ожидание Σ≡ mZ и дисперсия [ ]ZD , для распределения (4), рав-

ны:

[ ] 202032

2

20 4,

)1(34,

1 dFDm

πσσ

θθ

θσ

=−

=Σ−

=Σ . (5)


118

При кручении круглого вала заданными крутящими (неслучайными) моментами M наи-

большие касательные напряжения к

zMω

=τ , при MM z = , представляют случайную величину

T с )(τTf :

⎪⎪

⎩

⎪⎪

⎨

⎧

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−+

∉

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−+

∈

=

−

.)1(

;)1(

0

,)1(

;)1(6

)(

30

30

30

303

430

θτ

θτ

τ

θτ

θτ

ττθτ

τ

при

приfT . (6)

Математическое ожидание τ= mT и дисперсия [ ]TD , для распределения (6), равны:

302052

22

220 16,

)1(5)15(,

)1( dMTDmT π

ττθθθ

θτ

=−+

=−

= . (7)

При чистом изгибе неслучайными изгибающими моментами )( MMизг = балки кругло-

го постоянного сечения для наибольших нормальных напряжений zz σ=σmax соответственно имеем

⎪⎪

⎩

⎪⎪

⎨

⎧

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−+

∉

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−+

∈

=

−

Σ

.)1(

;)1(

0

,)1(

;)1(6

)(

30

30

30

303

430

θσ

θσ

σ

θσ

θσ

σσθσ

σии

и

ииии

и

и

при

приf

и. (8)

[ ] 302052

22

220 32

;)1(5

)15(;)1( d

MDm и

ииии

и πσσ

θθθ

θσ

=−+

=Σ−

=Σ . (9)

Предположим, что для материала (низкоуглеродистая сталь) рассматриваемых конструк-

тивных элементов (стержня, вала, балки круглого поперечного сечения) справедлива диаграмма растяжения )(εσ f= с ярко выраженной площадкой текучести. В этом случае за предельные

напряжения принимают предел текучести Tσ , который в статистической теории прочности пола-

гается случайной величиной R [3]. Плотность вероятности )(rfR , при Tr σ⇒ , зададим при помощи распределения Вейбулла:

0),exp()( 1 ≥−= − rrrrf Rδδ λδλ . (10)

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +Γ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛==

δλδ 1111

rmR ,

[ ] ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +Γ−+Γ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛= )11()11(1 2

2

δδλδ

RD ,

где δ ,λ - параметры распределения (1), )(xΓ – гамма-функция.

Пояснения по подбору параметров δ и λ – приводятся, например, в работе [4]. Надежность Ρ для рассмотренных выше случаев определим, как вероятностную меру

{ }0>Ρ Z , где под Ζ понимается случайная величина, равная разности случайных величин R и

Q :

{ }0>−Ρ=Ρ QR . (11)


119

Здесь под Q понимается случайная величина, которая при осевом растяжении соответст-

вует случайной величине Ζ с плотностью вероятности (4), при кручении TQ ⇒ с плотностью

(6), при изгибе иQ Σ⇒ с плотностью (8). Согласно (11) имеем

∫∫<

=ΡRQ

RQ drdqrqf ),(, . (12)

Для независимых случайных величин Q и R совместная плотность

)()(),(, rfqfrqf RQRQ = . Тогда, плотность вероятности )(zfZ случайной величины Z рав-

ны:

∫∈

−=Qq

QRZ dqqfzqfzf )()()( . (14)

Согласно нормативным требованиям по допускам [1], следует учесть малость величины θ

по сравнению с единицей: 10 <<θ≤ . Тогда согласно (5), (7) и (9) для коэффициентов вариаций получим следующие оценки:

[ ]1

32

)1(3)1(2

13232<<=

−−=

Σ= <<

ΣΣ

θ

θθ

θν θmD

,

13)1(5)1(

1515222

2

<<=−−

+= << θ

θθ

θθν θT ,

13 <<=Σ θνи

.

И без интегрирования, согласно (12)-(13) очевидно, что нормативные допуски не оказывают

существенного влияния на надежность конструктивных элементов. Это заключение неправомерно переносить применительно к статически неопределимым системам, сформированных их элементов рассмотренного здесь вида. Однако такие системы заслуживают специального анализа.

Выводы: 1. Получены распределения для геометрических характеристик поперечных сечений конст-

руктивных элементов стержневого типа с учетом допусков на размеры этих элементов. 2. Для случаев осевого растяжения, кручения, изгиба, приводятся плотности вероятности

для напряжений, случайная изменчивость которых обусловлена допусками на размеры поперечных сечений элементов стержневого типа.

3. Установлено, что нормативные допуски не оказывают существенного влияния на надеж-ность конструктивных элементов рассмотренного типа. Список литературы

1. Логин В.В. Нормирование точности в машиностроении. –М.: Издательство МИИТ, 2002. -140с.

2. Трайбус М. Термостатика и термодинамика. –М.: Энергия, 1970. – 502с. 3. Болотин В.В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений.

–М.: Стройиздат, 1982. – 351с. 4. Переверзев Е.С. Случайные процессы в параметрических моделях надежности. – Киев.

Наук. думка, 1987. – 240с.

МЕТОД РАСЧЕТА ФИБРОБЕТОННОЙ ПЛИТЫ ПОЛА Соловьёв Г.П., к.т.н., доцент, Антропова Е.А., к.т.н.

Очень важной задачей практического проектирования является определение толщины по-лов покрытия заводских цехов, общественных и складских помещений, открытых площадок для хранения продукции, аэродромных площадок. Если выделить на этих площадках места установки специального оборудования, места установки колонн и опор, места движения специального транс-порта, которые имеют специальные фундаменты, выполняемые по известным расчетам, то остав-


120

шиеся части площадей покрытия рассчитываются, как правило, рекомендательно, по имеющемуся опыту строительства. Нагрузка на этой части площади довольно разнообразна и неопределённа. Единственно, что можно сказать, что если загрузить плиту равномерно распределённой нагрузкой по всей площади, то плита не разрушится. Опасность представляют только сосредоточенные на-грузки. Но где они должны быть приложены, и как, чтобы оказать наиболее неблагоприятное воз-действие? Этот вопрос открыт. В бетонных плитах пола, чтобы от перепада температур и усадки бетона они не растрескивались, устаивают деформационные швы. Эти швы и являются наиболее слабым местом конструкции: возможно загружение сосредоточенной нагрузкой угла плиты. (Рис.1). Это может быть колесо подвижной нагрузки, или давление опоры надстроек, или что-то подобное. Если нагрузка достаточно велика, угол плиты просядет, и нагрузка вместе с давлением основания сломает плиту. Рас-смотрим плиту в состоянии предельного равновесия.

Р

ис.1

Рис.2 Рис.3 В том месте, где в дальнейшем произойдёт излом, в стадии предельного равновесия в пли-

те образуется пластический шарнир – там, где действует наибольший изгибающий момент. Извест-но, что поперечная сила в этом месте равна нулю. Наибольший изгибающий момент, растягиваю-щий верхние волокна, возникает в том случае, когда давление основания здесь тоже равно нулю.

Из суммы сил на вертикальную ось следует, что суммарный отпор основания равен нагруз-ке. Нагрузка и равнодействующая отпора создают пару сил. Момент этой пары сил в состоянии предельного равновесия угла плиты должен быть равен суммарному моменту по месту излома пли-ты. Рассмотрим этот расчёт в деталях. (В дальнейшем будем называть угол плиты – плитой).

Будем считать, что вследствие пластических деформаций в месте будущего излома плита повёрнута вокруг оси «у». Деформацией самой плиты можно пренебречь, поэтому интенсивность отпора меняется по линейному закону от нуля при х = 0 до qмах при х = а. Найдём равнодействую-щую отпора R и момент отпора относительно оси «у». (Рис.3).

.3**))(*2(*)*(**

2max

0max

0

aqdxxaaa

axqdxbqR

aa=−== ∫∫

6***))(*2(*)*(***

3max

0max

0

aqxdxxaaax

aqxdxbqM

aa

q =−== ∫∫ .

Равнодействующая находится на расстоянии х = Mq /R = а/2. Итак, момент пары сил «нагрузка – отпор» равен F*a/2.

На оси «у» в поперечном сечении плиты толщиной h действует равномерно распределённый мо-мент пластического шарнира. («m» на Рис.2). Чтобы его вычислить, схематизируем диаграмму рас-тяжения–сжатия бетона диаграммой Прандтля. (Рис.4). При этом будем считать, что внутри попе-речного сечения около нейтральной оси имеется упругая зона толщиной 0,2h. (Рис.5). Она нам по-надобится для определения qmax. Для упрощения расчёта, когда вычисляем пластический момент в сечении, упругими напряжениями мы пренебрегаем.

Рис.4 Рис.5

Нагрузка

Деформаци– онные швы

Место излома

ух qmax

q

b

х

ε

σ σс

σр

σр

hр

hс

h0,2h

х

σс

а а

аа/2

m

F

R qmax

х

z

y

a/2


121

Ясно, что это идёт в запас прочности, так как мы считаем предельным состояние плиты, при котором ещё не всё сечение охвачено текучестью, и внутренние напряжения также учитываем не все. Толщину этого слоя можно принять и несколько другую – конечный результат от этого будет мало зависеть, так как момент напряжений, которые расположены вблизи нейтральной оси, мал. Найдём погонный момент в сечении плиты.

Мы знаем, что в поперечном сечении продольная сила равна нулю. Погонное сжимающее усилие равно растягивающему: \

.**8,0

).2/2,02/().*8,0(***

рс

ср

сррсссрр

hh

hhhhhhh

σσσ

σσσ

+=

++−==

:находимОтсюда

плечомссилпарусоздаютнапряженийпотокадваЭти

Аналогично найдем: .**8,0

рс

рс

hh

σσσ

+=

Погонный момент в пластическом шарнире: .***48,0

)2/2,02/(** 2hhhhhmрс

рссррр σσ

σσσ

+=++=

Момент внутренних сил в плите на всей длине пластического шарнира равен: m*2a =

.2****48,0 2 ahрс

рс

σσσσ

+

Он равен внешнему моменту. .2*2**

**48,0 2 aFahрс

рс =+σσ

σσ Здесь размер «а» сокращается, так как

в этом сечении – условия балки равного сопротивления. Если нагрузка задана, можно найти толщину плиты для известной марки бетона по формуле:

.**92,1

)(*

рс

рсFh

σσσσ +

=

Обратите внимание: при тех предпосылках, которые были сделаны при разработке модели разрушения, толщина плиты зависит только от нагрузки и прочности бетона. Жёсткость основания никак не влияет на прочность плиты. Размер «а» тоже сократился.

Положение места излома можно найти по повороту его поперечного сечения, используя деформации упругого ядра сечения. Поворот плиты был создан именно этими деформациями. Примем, что длина шва текучести по оси «х» равна толщине плиты «h», и с помощью (Рис.6) най-

дём тангенс угла поворота плиты.2,0*E

tg рс σσϕ

+= .

Обозначим наибольшую просадку плиты Δ. Тогда 3

max

*3

* akF

akq

atg ==

Δ=ϕ .

Здесь k – коэффициент постели основания. Приравняв тангенсы, найдём: 3*)(

**6,0k

EFaрс σσ +

= .

Теперь можно проверить основание плиты по прочности и плиту по деформациям.

];[32max q

aFq ≤= ].[max Δ≤=Δ

kq

Следует иметь в виду два случая, когда этот расчёт неприменим. • Плита прочная и гибкая (металл). Тогда основное допущение о том, что изгибом плиты

можно пренебречь при определении формы эпюры отпора, будет несправедливо. • Плита по своим прочностным свойствам близка к грунтовому основанию. В этом случае на-

пряжения под нагрузкой надо определять из расчета полупространства. Плита не выделя-ется из состава основания.

Рис. 6 Рис.7

h

b

qmax

a a q

q

а0

σс

σр

0,2h


122

Мы рассмотрели расчёт на сосредоточенную нагрузку. Возможно, появление линейной равно-мерно распределённой нагрузки. Это может мыть колонна автомобилей, гусеничная нагрузка, ряд складского оборудования, и тому подобное. В этом случае наиболее опасным будет загружение края плиты по схеме Рис.7. Оно должно быть проверено расчетом на прочность. Рассмотрим рабо-ту плиты при таком загружении. В стадии предельного равновесия в сечении плиты на расстоянии «а» от края образуется пластический шарнир. Пренебрегаем изгибом плиты, и считаем, что отпор основания плиты меняется в поперечном направлении по линейному закону, а в продольном на-правлении его величина постоянная.

Задача симметричная, поэтому по линии разлома поперечная сила равна нулю. Погонная нагрузка «q», действующая на одной половине плиты, равна погонной величине равнодействующей отпора:

aq

q2max∗

= , (1)

а вместе они создают погонный момент, ломающий плиту, равный q*a0, где 30aa = . Положение цен-

тра тяжести отпора сдвинуто от края плиты на расстояние а0. В стадии предельного равновесия погонный момент внешней нагрузки не должен превышать погонного момента пластического шар-нира.

22

max0

48,06

haq

aqpc

pc

σσσσ

+=≤

∗∗∗∗∗ . (2)

В этих 2–х уравнениях три неизвестные величины: qmax, а и h. Третье уравнение получим, приравняв тангенс угла поворота поперечного сечения в зоне текучести к тангенсу угла поворота осадки поверхности грунта под плитой.

kaq

Etg pc

∗∗ =+

= max

2,0σσ

ϕ . (3)

Погонный момент пластического шарнира находим так же, как в предыдущем расчёте на излом угла плиты сосредоточенной силой. Тангенсы углов поворота также берём из предыдущих расчетов. Решаем эти три уравнения. Из 1−го уравнения выразим qmax, и подставим в другие уравнения.

aqq 2

max =

2*48,0

3hqa

pc

pc

σσσσ

+≤ или 2*

)(**44,1

* haqpc

pc

σσσσ

+≤

kaq

Epc

*2

2,0* 2=+σσ

или )(*

**4,02

pckEqaσσ +

=

Из последнего уравнения найдём «а», затем подставим это значение во второе уравнение и вычис-лим толщину плиты «h»:

)(***4,0

pckEqaσσ +

= ; 2

**44,1)(**

haq

pc

pc ≤+

σσσσ ;

pc

pcaqh

σσσσ

**44,1)(** +

≥ .

Зная «а», из формулы (1) определяем qmax, чтобы проверить прочность грунтового основания

плиты admq

aqq ≤=

2max

, и с помощью коэффициента постели найти наибольшую осадку плиты:

admk

qΔ≤=Δ max

max. Рассмотрим некоторые примеры.

Пример 1- расчёт плиты на сосредоточенную нагрузку Дано: F = 60 кН. Здесь F = n*nд*Fнорм – расчётная нагрузка по первому предельному состоянию. Для модифицированного фибробетона марки В40 с процентом армирования 1%: Rbt,n = σр =0,51 кН/см2, Rb,n = σс = 3,44 кН/см2. Е = 3840 кН/см2 – модуль упругости для этого же бетона. k = 0,0559 кН/см3 – коэффициент постели для плотного слежавшегося песка. Решение.

Толщина плиты: .39,8/51,0*/44,3*92,1

/)51,044,3(*60**92,1

)(*2

2

смсмкНсмкН

смкНкНFh

рс

рс =+

=+

=σσσσ


123

Расстояние от угла плиты до трещины:


смкНкНk

EFaрс

25,85/0559,0*/)51,044,3(

/3840*60*6,0*)(

**6,03

32

2

3 =+

=+

=σσ

.

Наибольшее давление плиты на грунт: МПасмкН

смкН

aFq 248,00248,0

)25,85(60*33

222max ====

Осадка угла плиты под нагрузкой: смсмкНсмкН

kq 443,0

/0559,0/0248,0

3

2max ===Δ

Пример 2 - расчёт плиты на распределённую нагрузку Дано: q = 0,60 кН/см. Здесь q = n*nд*qнорм – расчётная распределённая нагрузка по первому предельному состоянию. Для модифицированного фибробетона марки В40 с процентом армирования 1%: Rbt,n = σр =0,51 кН/см2, Rb,n = σс = 3,44 кН/см2. k = 0,0559 кН/см3. Е = 3840 кН/см2. Решение. Расстояние от угла плиты до трещины:


смкНсмкНk

Eqaрс

6,64/)51,044,3(*/0559,0

/3840*/6,0*4,0)(*

**4,023

2

=+

=+

=σσ

.

Толщина плиты: .785,7/51,0*/44,3*44,1/)51,044,3(*2,67*6,0

**44,1)(**

2

2

смсмкНсмкНсмкНкНaq

hрс

рс =+

=+

=σσσσ

Наибольшее давление плиты на грунт: МПа

смкН

смсмкН

aqq 1867,001857,0

6,64/6,0*22

2max ==== .

Осадка угла плиты под нагрузкой: смсмкНсмкН

kq 332,0

/0559,0/01857,0

3

2max ===Δ .

Предлагаемые формулы не сложны и легко могут быть просчитаны с помощью программы Excel. Полученные в обоих случаях результаты хорошо согласуются с имеющимся опытом проектирова-ния и строительства. Считаем, что они могут быть рекомендованы проектировщикам.

ВЫБОР МЕТОДОВ РАЦИОНАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ

Спиридонов Э. С., д.т.н., профессор, Кайдалов В. Ю.

Свойство однородности объекта обусловлено возможностью выполнения работ на нем оди-наково скомплектованными и оснащенными подразделениями. Однородные работы — это работы одного и того же состава, хотя и разного объема. Связи строительства однородных объектов пре-дельно просты, так как выражаются посредством основного параметра — срока строительства объ-екта или продолжительностей составляющих этот срок отдельных работ. Сроки определяются по продолжительности технологических процессов, нормам, аналогам и т.п.

Однопараметрические временные модели в виде ленточных графиков широко используются для иллюстрации наиболее распространенных способов организации работ на однородных объек-тах.

Существуют простейшие способы организации работ при строительстве однородных объек-тов: последовательный, раздельно-последовательный, параллельный и поточный. Последний яв-ляется предпочтительным и наиболее распространенным, хотя требует специализации строитель-ных подразделений. Рассматривая первые три способа, проанализируем и сравним их положитель-ные и отрицательные стороны.

Последовательный способ (рис. 1) применяется при строительных работах, проводимых од-ной комплексной бригадой, и является наиболее продолжительным, так как работы могут выпол-няться только последовательно. Этот способ характеризуется наличием одних лишь нулевых свя-зей. Связи, действующие в системе строительного производства, являются важнейшим фактором организационного воздействия и выявляют временные зависимости между фиксированными момен-тами смежных или взаимно сопряженных работ. Нулевая связь — это связь нулевой продолжитель-ности, не требующая затрат каких-либо ресурсов, (это видно из рис. 3).


124

Рис. 1

Раздельно-последовательный (параллельно-последовательный) способ позволяет задей-ствовать две и более бригад с целью наискорейшего завершения строительных работ (потребное время на ведение работ меньше, но увеличиваются затраты материальных и технических средств, инструментов и др.). Этот способ характеризуется наличием нулевых связей в группах объектов.

Рис.2

Поточная организация строительства. Календарный график строительства. Поточный способ организации работ - конкурент раздельно-последовательного способа,

основанный на использовании специализированных подразделений. При графическом изо-бражении потока на одной из осей откладывается время, на второй - номера объектов либо специализированных звеньев, выполняющих работы (рис. 3). Соответственно этому и диффе-ренцированные графики (разделенные по звеньям или бригадам) поточной организации строи-тельства могут быть двух форм: пообъектные и позвенные (рис. 4).


125

Рис.3

Практическое воплощение графики поточной организации работ нашли в виде календарных

графиков, являющихся составной частью календарного планирования. Календарное планирование — процесс организационно-технологической увязки во времени и в пространстве элементов строи-тельного производства. Календарное планирование начинается с разработки организационно-технологических моделей процессов с последующей их привязкой к календарным срокам. Кален-дарные графики представляют собой организационно-технологические модели (линейные, цикло-граммы). Они могут быть прогнозными и исполнительными.

Исполнительный календарный график является результатом отражения фактического вы-полнения строительно-монтажных работ (СМР) в плановом периоде и служит основой анализа строительного производства.

Продолжительность работ, выделяемую на каждом объекте для специализированных звень-ев в неритмичном потоке, удобно представлять матрицей сроков.

Главную задачу при построении пообъектных графиков представляет выполнение принципа экономии времени — оптимизация по непрерывности. В движении специализированных звеньев по объектам не должно быть простоев.

Рис.4

В реальном производстве, при неравных продолжительностях tip последовательное выпол-нение работ специализированными звеньями непременно вызовет временные разрывы в их прове-дении на объектах


126

В этом случае возникают ожидания – положительные временные связи между работами на одном объекте. В частных случаях связи могут быть нейтральными. Возникновение отрицательных связей должно расцениваться как отсутствие готового фронта для последующей работы. Отрица-тельные связи в графиках не допускаются. Графически представим вышесказанное (рис. 5): здесь А показывает время, прошедшее с момента окончания предшествующей работы до момента начала последующей, выполняемой специализированным подразделением, и может быть выражено как

( )ij ijнач ijокt tΔ = − . Положительная связь, свидетельствующая о необходимости ожидания, естест-

венно, увеличивает продолжительность строительства объектов. Поэтому для сокращения излишней потери времени нужно добиться, чтобы между непрерывными последовательностями работ, выпол-няемых специализированными подразделениями (звеньями), было, по крайней мере, одно нулевое ожидание.

Рис.5

Графическое представление этого тезиса приведено на рисунках 6 и 7.

Рис.6

Рис.7

Общий срок строительства объектов в этом случае составит

11 12 13 22 31 32 33стрt t t t t t t t−= + + + + +

Для определения продолжительности строительства при поточной организации работ разра-ботаны различные методы. Метод «перебора сумм» используется, в основном, при сформировании алгоритмов решения на ЭВМ, так как он наиболее хорошо согласуется с машинной логикой и воз-можностями программного обеспечения. При ручных расчетах этот метод применяется редко по причине многовариантности поиска решения и объема вычислений, поэтому применим лишь на матрицах малой размерности.

После вычисления возможных продолжительностей работ в пределах двух столбцов необ-ходим модуль выбора максимального значения из (max )ij jT T и нахождения ожиданий в пределах

столбцов j, j+1. Указанные действия должны быть предусмотрены для всех столбцов матрицы раз-


127

мерностью ni x nj, что позволит вычислить общий срок строительства объектов, представленных матрицей сроков.

Наиболее удобным и наглядным для ручных вычислений является метод увязки на матрице сроков, позволяющий наиболее быстро определить ожидания между работами и общий срок строи-тельства.

Пример решения задачи ФОРМУЛИРОВКА Организация строительства труб представлена матрицей сроков в табл. Увязать неритмич-

ный поток методом перебора сумм. Таблица 1

Сооружение Циклы и интервалы

№1 1 2 3 4 Строительство труб I 15, 20 25 15 Подготовительные работы II 20 20 25 20 Монтаж труб III 10 25 30 25 Засыпка IV 15 30 25 20 Заключительный период

РЕШЕНИЕ Для наглядности проведения расчета изобразим исходную матрицу следующим образом

(введя графы для интервалов-ожиданий между работами) (рис. 8). Рассмотрим все варианты возможного расположения на графике работ 1-го и 2-го циклов и

определим суммарную продолжительность этих работ при вариантах (табл.2). При варианте 3 суммарная продолжительность работ меньше максимальной

( 1 2 110Σ = Σ = ) yf 10 ед., а при варианте 4-на 20 ед. Эти величины записываются в графу ожида-

ний (Δ ).

Рис.8

Таблица 2

Аналогично определяем интервалы (ожидания) между работами 2-го и 3-го циклов и 3-го и 4-го циклов (табл.3,4).

Номер ва-рианта

Суммарная продолжительность Примечания

1-2

1 1Σ =15 + 20 + 20 + 25 + 30 = 110 <= Максимальная про-

должительность 2

2Σ =15 + 20 + 20 + 25 + 30 = 110 <= Максимальная про-должительность

3 3Σ =15 + 20 + 10 + 25 + 30 = 100

4 4Σ =15 + 20 + 10 + 15 + 30 = 90


128

Таким образом, общий срок строительства объектов (продолжительность работы первого звена на всех объектах, кроме последнего, плюс продолжительность всех работ на последнем объ-екта) определяется, как tстр=15+20+25+20+15+20+25+20=160 ед. (дней).

Таблица 3

Номер цикла

Номер варианта

Суммарная продолжительность Примечания

2-3

1 1Σ =20 + 25 + 25 + 30 + 25 = 125 <= Максимальная

продолжительность

2 2Σ =20 + 20 + 25 + 30 + 25 = 120

3 3Σ =20 + 20 + 25 + 30 + 25 = 120

4 4Σ =20 + 20 + 25 + 30 + 25 = 120

Таблица 4

Номер цикла

Номер варианта

Суммарная продолжитель-ность

Примечания

3-4

1 1Σ =25 +15 + 20 + 25 + 20 = 105

2 2Σ =25 + 25 + 20 + 25 + 20 = 115

3 3Σ =25 + 25 + 30 + 25 + 20 = 125 <— Максимальная


4 4Σ =25 + 25 + 30 + 25 + 20 = 125 <= Максимальная


При увязанном потоке любой путь, от начального до конечного события, даст продолжитель-

ность строительства tстp.

ВОЗДЕЙСТВИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ЖИДКИЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ

Федоров И. А., к. физ.-мат.н., доцент

Использование методов математического моделирования в областях связанных с медици-ной, позволяет определить и дать рекомендации для оптимального воздействия электромагнитны-ми полями на человеческий организм в процессе лечения и реабилитации. Данная статья посвяще-на воздействию электромагнитного поля на жидкие биологические материалы.

В общем случае характеристики жидкой среды λμτσ ,,, существенно изменяются в трех направлениях. В этом случае исходные уравнения удобно записать следующим образом:

t

Hcx

E j

j

kijk ∂

∂=

∂∂ τδ , (1)

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

∂∂

kjijkij

kijk H

cE

cxH

υδτπσδ 4, (2)

( ) 0=∂∂

ii

Hx

τ , (3)

0=⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

∂∂

kjijki

Hc

Ex

υδτσ , (4)


129

( ) ij

ij

i

i

j

j

iij

i

iij

i

fxtxxx

Px

−∂∂

+∂∂

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

∂

∂+

∂∂

+∂∂

+−∂∂ υ

ρυυ

ρυυ

μδυ

λδρ (5)

kmljlmiijki HHc

Ec

f ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ += υδτδστ

, (6)

( ) 0=∂∂

+∂∂

iixtρυρ

. (7)

В статье приняты следующие обозначения ijkδ - тензор Леви-Чивита; λμ, коэффициенты

вязкости, iE - вектор электрического поля, iH - вектор магнитного поля, τ - магнитная проницае-мость, σ - электрическая проводимость, t - время, с - скорость света, P - гидростатическое давле-

ние, ρ – плотность, jυ - скорость течения жидкости, ix - координата декартовой системы коорди-

нат. Используя методику осреднения для построения решения системы уравнений (1)-(7), введем

малый параметр ε и новые «быстрые» переменные 3,1== ixε

ξ .

Проведем асимптотические преобразования исходных уравнений, используя следующие обозначения и символы:

sk

sk HH ε= , pp

k EE ε= , qqk υευ = . (8)

Суммирование по Nqps ...1,0,, =

Каждая из функций в (8) зависит от аргументов ( )tx,,ξ , предположим также, что плотность

среды не зависит от пространственных координат. Дифференцирование по переменным ix запи-шем следующим образом:

iii xx ξε

∂∂

+∂∂

=∂∂ −1 . (9)

Подставим в уравнения (1)-(7) асимптотические ряды (8) и учтём соотношение (9). Прирав-няем коэффициенты при одинаковых степенях ε в асимптотических преобразованиях и, учитывая,

что функции 0iυ не зависит от «быстрых» переменных iξ , а функции 0

kH , 0kE зависят. Приходим к

следующей системе уравнений при 1−ε :

00

=∂∂

j

kijk

Hξ

δ , 00

=∂∂

k

kHξ

τ , (10)

00

=∂∂

j

kijk

Eξ

δ , 0000

=∂∂

+∂∂

ji

kijk

i

i Hc

Eυ

ξδτ

ξ. (11)

Уравнения (10) и (11), уравнения в частных производных первого порядка с переменными ко-эффициентами. Вводя функции специального вида, аналогичные в некотором смысле понятию по-тенциала, можно получить системы следующего вида:

0=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂+

∂

Φ∂

∂∂

iji

j

i ξτ

ξ, (12)

0=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

∂

∂

∂∂

iji

j

i

δξψ

σξ

, (13)

01 =⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

∂∂

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

∂∂

∂∂

i

klml

mikm

i ξψ

δξψ

τδσξ

. (14)

Здесь функции ijii ψψ ,,Φ имеют специальный вид. Уравнения (12)-(14) уравнения в част-

ных производных второго порядка с нулевыми граничными условиями. Кроме того, потребуем ра-венству нулю среднего значения искомых функций. Среднее понимается в следующем виде:

( ) 3210 321321

3211 ξξξξξξ dTTT

TTT

ii ∫∫ ∫ Φ=Φ


130

Следует заметить, что периодические функции удовлетворяют данному условию на периоде, но это сильно сужает класс возможных решений, таким образом, требование равенства нулю сред-него значения указывает на то, что решение, вообще говоря, может быть и не периодическим.

Уравнения (12)-(14) полученные с помощью асимптотических преобразований (8) исходной системы (1)-(7) распались на системы уравнений электромагнитного поля и уравнения гидродина-мики, решение которых является более простой задачей, чем решение исходной, связанной систе-мы (1)-(7).

Из гидродинамических уравнений получаем следующую систему при 1−ε :

0101010

=⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

∂

∂+

∂

∂+

∂∂

+∂∂

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

+∂∂

∂∂

i

j

j

j

j

l

j

iij

l

l

l

l

i xxx ξυυ

ξυυ

μδξυυ

λξ

. (15)

Вводя функции специального вида, как и в случае с электромагнитными компонентами полу-чим систему на функции )(ξijkV :

0=⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

∂

∂++

∂∂

++⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

+∂∂

i

jlminjm

j

imnjnimij

l

lmnmn

i

VVVξ

δδξ

δδδξ

δλξ

.

Для функций )(ξijkV сохраняются такие же ограничения и условия, как и для функций

ijii ψψ ,,Φ .

Нахождение функций 0kH ,

0kE , 0

kυ требует решения осредненных уравнений, получающих-

ся приравниваем коэффициентов при 0ε , в системах уравнений получающихся вследствие под-становки асимптотических рядов в начальные соотношения (1)-(7).

Выпишем осредненные системы уравнений, учитывая, что 0=∂∂

iξ. Значок ... пони-

мается в указанном выше смысле.

00

1i

j

kijk H

tcxE τδ

∂∂

−=∂∂

, (17)

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

∂∂ 00

0 14kijki

j

kijk H

cE

cxH

στδσπδ . (18)

Из гидродинамических соотношений получаем следующую осредненную систему уравнений:

( ) =⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

∂

∂+

∂

∂+⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

∂∂

+∂∂

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

+∂∂

+−∂∂

i

j

i

j

j

l

j

iij

l

l

l

lij

j xxxP

x ξυυ

μξυυ

μδξυυ

λδρ101010

0

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +−

∂∂

+∂∂

+∂∂

= 00200010

00

0 11kmljlmkjijk

j

l

j

ij

i HHc

HEcxt

στυδστδξυυ

υρυ

ρ ,.(19)

( ) 000

0 =∂∂

+∂∂

iixt

υρρ

. (20)

Таким образом, системы (17), (18), (19), (20) позволяют определить главные члены асимпто-тических разложений (8).

Для решения конкретных, практических задач необходимо задать граничные и начальные условия. Условия могут быть сформулированы для начальной системы уравнений (1)-(7) либо для полученных уравнений (17)-(20). Воспользуемся последней из указанных возможностей и зададим краевые условия на электромагнитные воздействия, что соответствует практическим требованиям.

Кроме того, входящие в правую часть уравнения (19) функции 0kE , 0

kH влияют на изменения ме-ханических характеристик среды, а именно увеличивают или уменьшают скорость течения неодно-родной жидкости.


131

ГУМАНИТАРНЫЕ НАУКИ

ЭФФЕКТИВНЫЙ УЧЕБНИК ПО ГРАММАТИКЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ - ФИЛОЛОГОВ: ИЗ ОПЫТА РАБОТЫ

Дудникова Г.М., Самарский государственный педагогический университет

В статье затрагивается вопрос о проблеме использования существующих учебников по грамматике английского языка и создании новых пособий, составленных на современном материа-ле, с применением принципов и идей прогрессивной методики, направленных на формирование и совершенствование автоматических навыков употребления изучаемых грамматических структур в процессе речевой коммуникации. Авторы хотят поделиться своим опытом по созданию учебного пособия “English Verbals Through Communication: Reference and Practice Book» [1], посвященного работе с неличными формами английского глагола, который используется на кафедре английского языка СГПУ в работе со студентами 3 курса.

Почему грамматика? Большинство студентов считает изучение грамматики «наименее ценным» аспектом в курсе преподавания английского языка[2]. Это можно объяснить тем, что на занятиях по грамматике свойственно слишком много внимания уделять языковым формам, не обеспечивая адекватное развитие коммуникативных навыков. Заучивание правил, огромное коли-чество переводных упражнений, целью которых является закрепление этих грамматических правил, заучивание четырех форм неправильных глаголов и овладение сложной системой грамматических понятий (абсолютная форма притяжательного местоимения, относительность временных показате-лей инфинитива или причастия). Это те ассоциации, которые приходят на ум студентов при слове «грамматика».

Действительно, в течение многих лет преподавание грамматики базировалось на грамма-тико-переводном методе, при котором основной единицей обучения считалось предложение, и ши-роко использовалась система правил, переводных упражнений, дрила, сопоставление грамматиче-ских явлений с соответствующими явлениями в родном языке. Таким образом, обучение языку сво-дилось к изучению его грамматической структуры.

В настоящее время, когда целью преподавания является практическое овладение языком, грамматике нужно обучать путем практического закрепления определенных грамматических осо-бенностей иноязычной речи.

Почему необходим новый учебник? Основная проблема, с которой сталкивается любой преподаватель в своей деятельности, связана с поиском эффективного набора учебной литерату-ры, отвечающей специфике работы с определенным контингентом студентов. В нашем случае речь идет об обучении студентов-филологов, будущих педагогов, для которых английский язык станет «инструментом» работы в их профессиональной деятельности.

На момент создания представляемого пособия у авторов возникли определенные пробле-мы с подбором материала. В учебниках по грамматике, опубликованных в России, упражнения, на-правленные на закрепление той или иной грамматической структуры, зачастую строятся на основе изолированных, абстрактных предложений, а не на основе различных по объему контекстов[3]. Не секрет, что только контекст позволяет более глубоко осмыслить употребление данной структуры, в то время как предложение только иллюстрирует ее. В связи с этим, преподаватель вынужден ис-пользовать на уроках дополнительные или самостоятельно составленные материалы.

Во многих зарубежных изданиях упражнения построены по принципу контекстуальной грамматики, однако задания в них ограничиваются, в основном, заполнением пропусков необходи-мой грамматической формой в связном тексте, исправлением ошибок[4]. Кроме того, в зарубежных пособиях отсутствуют упражнения на перевод с родного языка на иностранный. Излишне говорить, что для будущих педагогов задания на перевод представляются особенно актуальными, так как они позволяют не только осмысленно закрепить пройденный материал, но и постигнуть как тонкости, так и трудности перевода с родного языка на иностранный. Кроме того, зарубежные пособия адре-сованы широкой аудитории без учета специфики подготовки студентов по разным специальностям.

Эффективный учебник, то есть учебник, позволяющий добиваться более высоких резуль-татов в работе с конкретной группой студентов, не может быть унифицированным, то есть создан-ным для любой аудитории. При создании любого пособия составитель должен ориентироваться на тех, кому он адресован, на цели и содержание процесса обучения.

Все перечисленные причины «заставили» авторов приступить к созданию нового учебника по грамматике для студентов 3 курса языкового вуза.


132

Структура пособия. Пособие «English Verbals Through Communication: Reference and Practice Book» предназначено для студентов институтов и факультетов иностранных языков. При его написании авторы использовали сочетание классического и функционально-коммуникативного подходов к обучению грамматике, разработанных ранее в трудах отечественных и зарубежных грамматистов[5]. Оно умело сочетает теорию с практикой.

Целью данного пособия является максимально полное описание форм, значений и синтак-сических функций неличных форм английского глагола (infinitive, gerund, participle) с подкреплением всех теоретических моментов речевыми образцами, а также формирование автоматических навы-ков употребления изучаемых структур в процессе речевой коммуникации. Поставленные дидакти-ческие задачи предопределили логику изложения материала и структуру пособия.

Пособие состоит из четырех глав: the Infinitive; the Gerund; the Infinitive and the Gerund Com-pared; the Participle, подразделяющихся на параграфы.

В каждом параграфе теоретический материал представлен в форме таблиц, где представлены как словесное объяснение правила, так и примеры, иллюстрирующие его. В таблице оставлено свободное место для написания новых примеров самими обучаемыми. Краткость и лаконичность формулировок, и графическое представление иллюстративного материала позволяет студентам с легкостью освоить грамматический материал. Особые случаи грамматических явлений, вынесен-ные в сноски «NOTE», развивают и углубляют основные положения. Покажем это на примере объ-яснения использования инфинитива в функции обстоятельства цели.

The INFINITIVE as the ADVERBIAL MODIFIER of PURPOSE

To make his statement clear he repeat-ed it several times.

I stopped in the yard to enjoy the warm night.

The Infinitive can be the Adverbial Modifier of Pur-pose when it is used to tell why an action is performed.

NOTE: The Infinitive used after the verb ‘to stop’ always in-

troduces the purpose of an action. He came here in order to study Eng-

lish. She wore high heels so as to look tall-

er.

The Infinitives of Purpose are sometimes introduced by the conjunctions in order or so as.

Практическая часть каждого параграфа состоит из двух разделов. Упражнения раздела

«PRACTICE» обеспечивают прочное усвоение описываемых явлений. Характер, количество и по-следовательность заданий определяются спецификой и степенью сложности изучаемого материа-ла. Особый акцент здесь делается на закреплении структур, на их форме и значении. Упражнения носят репродуктивный характер. Приведем формулировки некоторых типичных для этого раздела заданий: • Give all possible forms of the following infinitives (consult a dictionary to find out if the verb is transitive

or intransitive, or both). Name each form. • Complete the sentences using gerunds as subjects. Make use of the verbs in the box. Translate the

sentences into Russian. • Use either form of the infinitives in brackets. Give two options where possible and explain the differ-

ence in meaning. Mind that in some cases the infinitive without ‘to’ is used. • Complete the sentences with the appropriate form of Participle I (indefinite or perfect). Comment on

the way priority is expressed. • Insert prepositions where necessary. State the syntactic function of gerunds. • Complete the sentences with either gerunds or infinitives. Give two variants where possible. • Six of the sentences below have mistakes. Find the mistakes and correct them. • Complete the conversation with indefinite, continuous or perfect infinitives. Name their forms. • Translate the sentences into English using the infinitive with ‘to’ or the bare infinitive.

Раздел «GO BEYOND IT» предполагает тренировку студентов в продуктивно-творческой ино-язычной речи. Практическая тренировка студентов в живой, творческой речи на иностранном языке в целях практического усвоения грамматического строя иностранного языка позволяет реализовать основную задачу обучения – овладение речью на изучаемом языке.

Каждая глава заканчивается разделом «PUT IT ALL TOGETHER», содержащим упражнения обобщающего характера, которые служат для систематизации и комплексного повторения всего изученного материала. Реализация коммуникативного подхода в пособии. «Грамматика, изучаемая без обращения к коммуникативно-смысловой и речеорганизующей ее функции, воспринимается как метафизический набор знаний, как несвязанные с реальными потребностями жизни схоластические сведения и ментальные процедуры»[6].

Осознание грамматических особенностей иноязычной речи может проверяться разными способами, одним из которых является тренировка студентов в продуктивно-творческой иноязыч-ной речи. Практическая тренировка студентов в живой, творческой речи на иностранном языке в целях практического усвоения грамматического строя иностранного языка позволяет реализовать основную задачу обучения – овладение речью на изучаемом языке. В качестве практической тренировки речи могут служить коммуникативные упражнения продуктивно-творческой ино-язычной речи, которые воспроизводят реальные условия общения и служат для выражения соб-


133

ственных мыслей в пределах освоенного языкового материала. Коммуникативная направленность упражнений может задаваться с помощью создания соответствующих ситуаций. Ситуативные уп-ражнения моделируют процесс естественной коммуникации и «создают благоприятные условия не только для формирования автоматизированных навыков владения грамматическим материалом, но и для непроизвольного запоминания грамматических явлений»[7].

К коммуникативным упражнениям продуктивно-творческой иноязычной речи можно отнести создание собственного стихотворения, рассказа, очерка и т.п. Данный вид работы является само-стоятельным, открытым видом работы, в процессе подготовки и осуществления которого студенты сами конструируют содержание общения. Задача преподавателя сводится лишь к тому, чтобы соз-дать условия, максимально благоприятные для раскрытия и проявления творческого потенциала студентов, и координировать их действия.

Приведем несколько заданий такого рода, представленных в пособии. Так, для закрепле-ния использования причастия в различных синтаксических функциях, студентам предлагается сле-дующее задание. Divide into groups. Choose one of the following base sentences each. See which group can make the longest sentence with as many participles as possible! 1. The General inspected the soldiers. 2. The cowboy rode off into the sunset. 3. James Bolan is getting married to Angela Duffy. 4. The Prime Minister had lunch with the President. 5. The girl sat in front of the fire. Приведем один из продуктов творческой деятельности студентов. Cutting a long story short, the Prime Minister, having arrived three hours after the appointed time, chosen

by 100 electors in the summit held in Russia and dedicated to an important person’s anniversary celebrat-ed in May, was surprised to find the President still sitting at the table, and though tired and annoyed, wait-ing for him, looking searchingly and desperately at the food being served, in order to read in the morning newspaper brought at 8.30 am by a young charming postman the title “The Prime Minister had lunch with the President” opening an article telling about the exciting meeting that only one journalist had witnessed. Для закрепления использования герундия в функции дополнения студентам предлагается сочи-нить стихотворение. Compose a poem dedicated to what you like, hate, avoid, enjoy, mind, fancy, feel like doing:

• in the middle of July, • on cold December mornings, • on rainy April days, • on misty October evenings.

Приведем некоторые из студенческих работ. On sunny days in the middle of July I like watching the flight of a beautiful butterfly. I love swimming and sunbathing when the sun is bright, Then enjoy walking and dancing till the middle of the night. In the middle of spring, on rainy April days I feel like playing different table games, Or just looking through the window Watching people go different ways. On misty October evenings when the weather is bad I fancy just lazing around or staying in bed, I don’t mind reading or watching a TV-set, But I’ll definitely postpone walking out my pet. But there’s one thing I like doing any time – It’s our Grammar course. Now composing poems is my hobbyhorse.

On misty October evenings I like meeting my friends. We enjoy going to nightclubs And dancing till night’s end.

I hate thinking about problems And just staying at home. I dislike watching TV And drinking hot tea alone.

On Monday mornings in the middle of July I like lying in the sun And watching the blue sky.

I avoid being disturbed on rainy April days. And I hate disturbing people on these very days.

On cold December mornings I feel like getting depressed And really don’t mind having a rest.

В качестве творческого проекта, направленного на закрепление использования причастия в функции определения, студентам предлагается прочитать начало рассказа под названием Sad Memories: Jane was sitting in the darkened room and looking at a framed photograph of Jimmy. She wondered every day at the stupidity of hers, already receding in the past. Looking back, she realized it was a big mistake. Once again she opened the drawer where she kept the envelopes containing his letters…

Следующее действие предполагает самостоятельный продукт - ответ на вопрос «Что же могло произойти между Джейн и Джимми?» Вот один из вариантов данного продукта. and remembered everything from their first meeting to the last glance. She was a young girl when she first saw him among the friends of her brother living in another city. He was a charming young man looking attractive. She couldn’t tear herself away from the photo. Being introduced to each other, they realized it was love at first sight. She was charmed by his exciting turquoise eyes. Love overwhelmed her. But their dates were short and irregular; they lived in different cities separated from


134

each other by hundreds of kilometers. It became more and more difficult to maintain relationships, meeting several times a year and communicating by phone and writing letters.

But then came that very summer, that amazing summer, when he came to her place. They couldn’t leave each other for a moment and she thought that the inspiring happiness would last for ever. But soon she began to realize there was something strange in his behavior. She was not sure of him, of his feelings. She came to doubt if he was really her man. Everything that had attracted her disappeared. Their relations were getting colder and colder. She was disappointed, she felt the end coming. They didn’t write touching letters anymore and soon Jane met another young man who fell in love with her. Her ex-hausted soul needed someone reliable. She almost ceased to think about Jimmy. But one day she heard that he was going to marry. She couldn’t keep herself from crying. She realized he was the only one for her. So, Jane went to her brother’s place to help about the house. She wanted to see Jimmy, his future wife to realize everything was really over.

That hated girl managed to find a needed key to his heart. It was the end and not the happy one. Jane didn’t expect him to see her off. But he came and ran by the departing train and through the closed window she saw his turquoise eyes for the last time.

Now Jimmy is married and has a child being loved and cared by him very much. And Jane has a caring husband, but now looking through the letters and pictures she once again realized that she loved, loves and will love only Jimmy.

После того, как введены, отработаны и закреплены все синтаксические функции, которые может выполнять причастие, студентам предлагается написать детективный рассказ, используя причастие в различных функциях. В качестве опоры и с целью облегчения выполнения задания приводится список незаконченных предложений, завершив которые студенты могут использовать в своем рассказе.

He went along the street… He saw a man… There were people… I realized that it was wrong. He kept silent… He went out quickly…

He looked round as if… Though… I could not help smiling. we have only his word for it., it was a horrifying (un-believable, amazing) thing to happen

Приводим один из рассказов, написанных студентами. My name is Charles Hogan and I am a private detective. I have always done my job perfectly until

I failed my last case. I was to catch a criminal accused of blackmailing. And there was a man who could help me – Roger Jones. We fabricated photos of this criminal’ wife and organized a meeting with him.

It was Wednesday. Roger Jones went along the street looking around. It was 5 p.m. and people were hurrying home from work. Then he saw a man sitting in the café. It was the very person he was look-ing for and his nickname was Fox. There were people sitting at tables, eating and drinking, absorbed in their conversations.

Being a professional detective I realized that something was wrong. Standing in that café Roger didn’t know that there were my people among that crowd. I also stood not far from the place and could see everything. Roger kept silent putting on the table an envelope with the photos of Fox’s wife taken in Miami. Then his “client” put another envelope with money. Taking the fee Roger quickly went out. He looked round as if searching for somebody or for the way to quickly get out of the place. His face was so touching that I could not help smiling. This man standing on the street was not a bad one, but rather strange. Though asked not to undertake any steps after the meeting until he saw me, he suddenly started running in the wrong way. And then came a car…Crash! The dead body lying on the road…. It was a horrifying thing to happen…

Подчеркнем, что важным результатом такого рода заданий является то, что лучшие сочи-нения, рассказы, стихотворения в дальнейшем могут служить в качестве упражнений по отработке, развитию и закреплению определенного грамматического материала.

Выше мы говорили о большой роли контекста в более глубоком осмыслении употребления определенной грамматической структуры. В пособии подобран богатый в плане содержания и фор-мы текстовой материал. Перечислим названия лишь некоторых текстов – Space Colonies, Early Mov-ies, Some Facts on Film Making, Silver, Penny Jamieson, Robots in Science Fiction, Keeping Up On the News, Reporting the News, Gun Control in the US, Édouard Manet, Monopoly Game и др.

Наличие в пособии большого количества текстов познавательной и страноведческой тема-тики позволяет тренировать и использовать грамматические явления в контексте, в целом развива-ет интерес к межкультурной коммуникации, а также, что очень важно, заставляет студентов думать, спорить, рассуждать, делиться собственным опытом.

Отличительной чертой пособия является то, что наряду с непосредственно закреплением грамматического материала, идет параллельная работа над развитием навыков говорения, чтения, письма. Многие задания предваряются серией вопросов, целью которых является активизация мыслительной деятельности студентов, их фоновых знаний. Такие вопросы построены по принципу личностной индивидуализа-ции, предполагающему учет таких свойств личности студента, как его мировоззрение и личный опыт. Проиллюстрируем это примером. 2. a) Work in groups and discuss the following questions. • What do you understand by ‘success’? • What is the best way to achieve it? • What successful people do you know and why do you consider their life/career a success?


135

b) Read the following texts about success and fill in the blanks with the correct form of the infinitive in brackets. 1. A successful person for me is not someone who makes a pot of money. Success is not about accumu-lating wealth, it’s about achieving happiness. It means enjoying whatever you do. Life is so short, we have _____________ (make sure) our stay on this planet is a pleasant one. Have a good time, let your hair down and treat others with respect. And if you want _____________ (enjoy) life, you’ve got _____________ (adopt) a positive outlook on everything. If things don’t turn out well, don’t let it _____________ (get) you down. We all come up against problems – we just have _____________ (face) up to them, try and solve them. And we all make mistakes at some time – in all areas of our lives. The im-portant thing is ____________ (try) and learn from them, not let them _____________ (destroy) you. 2. When I get to old age, I hope I’ll have had a useful life. That for me is a true measure of success – _____________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ (do) something positive with your life and at the same time _____________ (make) the world a better place. Mad dad always said you should _____________ (aim) _____________ (leave) a legacy when you’ve gone, something useful for people _____________ (remember) you by. He wrote several books but he wasn’t suggesting that everyone has _____________ (do) that. It could _____________ something more simple, like planting trees, doing up a house or even having children. I expect _____________ (have) kids one day, but for now I’m happy just _____________ (keep) it to planting trees. c) Highlight all the infinitives used in the function of part of the compound verbal predicate. How many do you have? Compare the results with your partner. 3. a) In your groups discuss the views expressed in the texts, saying how much you agree or disagree with them. Use phrases of Agreement/Disagreement. b) Write a short text beginning ‘For me, a successful person is…’. Use compound verbal predicates.

Как видим, усвоение грамматического знания включается в процесс общения, а, следова-тельно, и в речевой навык, что делает его овладение сознательным. Конечным продуктом задания, которое тематически можно обозначить “Success”, является творческая письменная речь – сочине-ние-рассуждение.

Характерной чертой пособия является также наличие многочисленных упражнений откры-того типа, направленных на развитие исследовательской, творческой познавательной деятельности студентов. В результате выполнения таких упражнений и заданий они открывают для себя что-то новое, как на уровне языковой информации, так и на общеобразовательном уровне, развиваясь и постигая это новое в результате учебного процесса. Приведем несколько примеров заданий такого рода. 3. a) Study any reference material (encyclopedias, the Internet) to learn interesting facts about a famous person you admire. On a sheet of paper, write five facts from his (her) life using the OBJECTIVE- and the SUBJECTIVE-with-the-INFINITIVE constructions. b) Exchange the papers with your group mates for them to guess who the person is. 2. a) Study any reference material (encyclopedias, the Internet) to learn • what first Lumiere brothers’ films were about; • about the most famous Russian film(s) produced at the beginning of the 20th century. b) Share the information you found with your group mates.

Использование заданий такого характера при обучении иностранному языку отражает со-временную тенденцию в образовании – ориентацию на исследовательскую, поисковую модель обу-чения (discovery learning)[8]. Самостоятельная работа способствует формированию критического мышления и оказывается важной при подготовке будущих педагогов, т.е. носит профессионально-ориентированный характер, позволяет эффективно формировать умения работы с англоязычными справочными и электронными информационными ресурсами, повысить социокультурную компетен-цию студентов.

Одним из принципов успешной реализации коммуникативного подхода является использо-вание на занятиях коммуникативно-ценного содержания и соответствующего ему речевого мате-риала. Обсуждение проблем, отобранных с учетом интересов студентов и затрагивающих различ-ные сферы их жизни и профессиональной деятельности, способствует повышению их мотивации, сотрудничеству, развитию коммуникативной компетенции. Вот далеко не полный список заданий, содержащих проблемы, которые предлагаются к обсуждению студентам при закреплении того или иного грамматического материала. 1. Reflect on the following topics and share your ideas with your peers. • early/late marriages • women at the wheel • week-end at home: good or bad • changes in the family roles (father - at home, mother - at work) • the Internet: time saver or time eater The following phrases could be helpful:

to put it mildly to be frank to sum it up to be perfectly honest to name but a few not to be judgmental come to think of it

b) In groups, make a list of the most common situations in which people have problems in communicating. Share your ideas with other groups. c) Choose one of the situations and say what people can do to handle the situation effectively.


136

3. Give a short talk about the following topic. Don’t forget to describe a possible problem and to speak of the solution to it. The social taboos in Russia that a foreigner should know about. 7. a) Work in groups. Make a list of five things to worry about …

being a teenager starting your first job being a celebrity Use gerunds and infinitives.

Model: Worrying about not having enough money to buy birthday presents for relatives. Not having anything to spend on new clothes.

The following phrases could be helpful: to put it mildly to be frank to sum it up to be perfectly honest to name

but a few not to be judgmental come to think of it b) In groups, make a list of the most common situations in which people have problems in communicating. Share your ideas with other groups. c) Choose one of the situations and say what people can do to handle the situation effectively. 3. Give a short talk about the following topic. Don’t forget to describe a possible problem and to speak of the solution to it. The social taboos in Russia that a foreigner should know about. 7. a) Work in groups. Make a list of five things to worry about …

being a teenager starting your first job being a celebrity Use gerunds and infinitives.

Model: Worrying about not having enough money to buy birthday presents for relatives. Not having anything to spend on new clothes.

b) Share your list with other groups. Подведем итог. Любой учебник, в том числе и учебник по грамматике не может быть адре-

сован потребителю вообще, он должен быть ориентирован на тех, кому он адресован, на цели и содержание процесса обучения. В той ситуации, когда ни один из существующих учебников не от-вечает этим требованиям, проблема обеспечения учебного процесса подходящими пособиями должна решаться путем создания собственных пособий. На наш взгляд, пособие “English Verbals Through Communication: Reference and Practice Book”, удачно сочетающее в себе элементы струк-турного, функционального, содержательного и коммуникативного подходов, является наиболее оп-тимальным и эффективным в условиях обучения грамматике на филологическом факультете язы-кового вуза. Оно содержит в себе как объяснение правил и использование языковых упражнений, что способствует овладению языковой формой, так и многочисленные коммуникативные задания, способствующие овладению студентами коммуникативной компетенции.

Студенты легче и прочнее усваивают то, что включается в их речевую деятельность, кото-рая должна быть самой разнообразной. Творческие задания, направленные на формирование грамматических навыков, вызывают у студентов оживленный интерес, развивают креативные навы-ки. Новые речевые задачи и установки не только мотивируют студентов выполнять различные дей-ствия, но и способствуют закреплению определенного навыка в новой ситуации, его функциониро-ванию на новом материале. Только в этом случае такой «скучный» аспект преподавания как грам-матика становится интересным и увлекательным. Список литературы

1. Dudnikova G., Shemshur E., Orlova A. English Verbals Through Communication: Reference and Practice Book. Samara, 2006.

2. Обучение английскому языку специальности в вузах современной России. Результаты предпроектных исследований. Санкт-Петербург, 2002.

3. Практический курс английского языка, ч. 2. Под ред. проф. В.Д. Аракина. М., 1998; Кобрина Н.А., Корнеева Е.А. и др. Грамматика английского языка. Морфология. М., 1985; Крылова И.П. Сборник упражнений по грамматике английского языка. М., 1978; Резник Р.В. и др. A Grammar of Modern English Usage. М., 1998 и др.

4. Powell, D. et al. Grammar Practice for Upper Intermediate Students. Pearson Longman, 2008; Hewings, M. Advanced Grammar in Use. Cambridge University Press, 2005 и др.

5. Формирование грамматических навыков/ Методика обучения иностранным языкам// Ме-тодическая школа Пассова. Воронеж, 2002.

6. Халиков М.М. Демотивационные стереотипы-мифологемы в сфере преподавания и изу-чения иностранных языков/ Филологическая проблематика в системе высшего образования// Меж-вузовский сборник научных трудов. Вып. 1. – Самара, 2002. С.93.

7. Формирование грамматических навыков / Методика обучения иностранным языкам// Ме-тодическая школа Пассова. Воронеж, 2002. С.22.

8. Колесникова И.Л., Долгина О.А. Англо-русский справочник по методике преподавания иностранных языков. Cambridge University Press. Русско-Балтийский информационный центр БЛИЦ, Санкт-Петербург, 2001. С.158.


137

РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРТНО – КОНСУЛЬТИРУЮЩЕЙ УЧЕБНОЙ СРЕДЫ НА ОСНОВЕ ИНТЕЛЕКТУАЛЬНОЙ ПЕРСОНАЛЬНОЙ

ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКИ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ И УЧАЩЕГОСЯ Крюкова О.П., д.ф.н., профессор каф. РИЯЛ МИСиС, ведущий научный сотрудник Федерального института развития образования Смольникова И.А., к.физ.-мат.н., доцент каф. информационных систем управления факультета государственного управления, Московский государственный университетимени М.В.Ломоносова Харламов А.А., к.т.н., зав. Лаборатории средств обучения Федерального института развития образования

Проблема разработки учебно – методических ресурсов имеет стратегически одну направ-ленность - разработку автоматизированных учебно – методических ресурсов. Однако эта очень широкая направленность сегодня имеет на практике многочисленные творческие частные траекто-рии реализации. Мы же из этих траекторий избираем одну, которая представляется нам перспек-тивной, это разработка учебно – методических ресурсов как экспертно – консультирующей среды на основе интеллектуальной персональной электронной библиотеки преподавателя и учащегося.

Чтобы аргументировать такой выбор, необходимо подчеркнуть, что постановка проблемы здесь исходит из когнитивной концепции и парадигмы учебного процесса как процесса мыслитель-ного и, безусловно, в первую очередь, вербального. В связи с этим для нас необходимо постулиро-вать ряд важных для понимания данного подхода теоретических положений и гипотез.

1. В практике опыт работы человека, воспроизводимый в типических ситуациях, как резуль-тат кристаллизуется в человеческом интеллекте в виде вербальных понятийных, ассоциативно свя-занных с логикой самих этих трудовых процессов, комплексов. Это некий набор понятий и связей, возникающий у человека на уровне индивидуального сознания, и потом, перекодированный в текст, через книгу, доступный сознанию коллективному.

2. При этом формируется и вербальная память, получившая в когнитивной науке название «семантическая».

3. Интеллектуальный вербально - текстовый труд человека, продиктованный осмыслением, закреплением и передачей накапливаемого опыта, трансформируется в текст. И далее опосредо-ванно учащийся, изучающий аккумулированный в текстовых материалах опыт, получает различные по уровню отражения глубинного кристаллизованного опыта, описания этого опыта.

4. На сегодняшний день наука (а по сути это комплекс наук информатика, лингвистика, ис-кусственный интеллект, психология) открыла тот факт, что методологически и технологически воз-можно и оправданно, извлекать из текстовой информации квинтэссенцию отображенного в текстах человеческого опыта, превращать ее в модели, и использовать эти модели в когнитивных процес-сах обработки информации, производимых человеком, как неотъемлемой части его интеллектуаль-ного труда, в качестве рабочих инструментов, для оптимизации, автоматизации, рационализации этого труда, управления (консультирования) экспертными знаниями, взятыми из коллективного (на-учного) сознания, на уровне сознания индивидуального, даже возможно наивного и любительского в процессах решения различных задач. При этом оказалось, что использование таких моделей соз-дает возможность получения результата, когда этот результат превышает уровень возможностей конкретного пользователя.

5. Также научные исследования показали, что ФМПЗ могут использоваться как средства проектирования учебного материала, средства разучивания и упорядочивания семантической па-мяти, средства решения задач по анализу и синтезу текстовой информации - основного материала и творческого продукта интеллектуальной деятельности человека и учебного процесса, как важнейшей разновид-ности интеллектуальной деятельности.

Исходя из всего вышесказанного, понятие интеллектуальной электронной библиотеки, для нас эквивалентно понятию когнитивной лаборатории для работы с текстовой информацией, в том числе и с помощью различных ФМПЗ, средств автоматизирующих процесс извлечения новых вер-бальных – понятийных моделей знаний из текста, и, тем самым, помогающих строить новые ФМПЗ, а также средств, автоматизирующих процессы тренировки, тестирования и решения задач.

Далее по тексту нами тезисно приводятся два раздела доклада: • «О возможности автоматизации извлечения знаний из неструктурированной

текстовой информации», о применении системы ТекстАналист как части программного обеспече-ния ИПЭБ.

• «О типологии программных средств – панорамное представление ЭУМК – элек-тронный учебный методический комплекс. Один из авторских элементов такого комплекса, ис-пользуемый в ИПЭБ будет рассмотрен в докладе как средство разработки тренировочных упраж-нений и тестов для обучения иностранному языку на базе ФМПЗ, который также характеризует под-ход ИПЭБ.


138

Третий раздел доклада: Разработка и применение ФМПЗ в проектировании учебного про-цесса будет представлен Крюковой О.П. на материале обучения английскому языку с использова-нием описанного выше инструментария ИПЭБ.

Цель данного доклада: показать, как ИПЭБ обеспечивает реализацию когнитивной дея-тельности в учебном процессе, автоматизируя процессы работы с текстом в режимах тренировки, тестирования, чтения, аудирования, письма, с использованием интеллектуальных моделей ФМПЗ и простых и доступных автоматических средств, делающих этот процесс возможным здесь и сейчас, без особой специальной подготовки преподавателя.

1.«О возможности автоматизации извлечения знаний из неструктурированной текстовой информации», о применении системы ТекстАналист как части программного обеспечения ИПЭБ.

Интеллектуальная персональная электронная библиотека преподавателя/учащегося (ИПЭБ) является средством для извлечения знаний из текстов, их хранения, и представления поль-зователю. Использование современных, в том числе, нейросетевых технологий обработки и пере-дачи информации позволяет реализовать как аналитические функции извлечения знаний из тек-стов, их редактирования, так и функции организации доступа к информации, в том числе, ассоциа-тивного и удаленного. Все это делает ИПЭБ удобным, полезным и мощным инструментом, как в индивидуальном, так и коллективном творчестве учащихся и преподавателей, которые могут по-разному комбинироваться в микроколлективах.

ИПЭБ реализована как база знаний, содержащая, с одной стороны, хорошо структуриро-ванный учебный материал (например, в виде стандартных учебников), а с другой – любой произ-вольный материал, который необходим преподавателю, учащемуся, или любому микроколлективу для решения текущих учебных задач, который представляет собой текстовую выборку, объединен-ную, а порой и не объединенную единой темой. Эта выборка организуется как гипертекстовая структура с ассоциативной навигацией с помощью аналитического модуля, формирующего автома-тически ассоциативную сеть выборки, которая в дальнейшем может использоваться и как средство навигации, и как смысловой портрет выборки. Собранный из адекватных частей и предварительно отредактированный преподавателем-экспертом, смысловой портрет становится понятийной моде-лью предметной области, описанной в этих текстах. Отображенная в графическом виде на экране, эта сеть является наглядным представлением предметной области, которое позволяет лучше по-нять и усвоить отношения между ее объектами. Средства удаленного доступа позволяют использо-вать эту интеллектуальную базу

Функциональность ИПЭБ включает в свой состав помимо средств автоматического извле-чения знаний из текстов с возможностью их последующего редактирования, средств формирования гипертекстового представления, средств отображения знаний на экране, и средств навигации и удаленного доступа, также инструменты для обучения навыкам и тестирования полученных знаний.

2. «О типологии программных средств – панорамное представление ЭУМК – электронный учебный методический комплекс

Развитию познавательной, поведенческой и конструктивной компетентности учащегося и компонентам профессиональной деятельности педагога для 3-х типов ориентации педагогического процесса в условиях информатизации посвящена работа Смольниковой И.А. [1]. Ниже будут рас-смотрены состояние и перспективы развития образовательных платформ – аппаратно-программного обеспечения настоящей и перспективной стадий: интеграции всех типов педагогиче-ских данных в образовательной информационной среде (ОИС от учреждения образования до сфе-ры образования страны) и её интеллектуализации.

Охарактеризуем современные достижения автоматизации посредством информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) в учебном процессе. В таблице 1 по составляющим электрон-ного учебно-методического комплекса (ЭУМК) и уровням владения предметом, отметим степень автоматизации: «+» - приемлемо (распространено), «+ –» - возможно (есть прецеденты):

Таблица.1 Состав ЭУМК/ уровни освоения

знания умения анализ синтез твор-во

1) обучающие программы +

2) справочные системы +

3) пособия по решению задач + –

+ + + –

4) лабораторный практикум + –

+ методы конструкторы САПР

5) тесты для самоконтроля +

–

автоматизация проверки формализованных частей

6) итоговый контроль со сбором базы данных (БД) результатов

+ -

эссе

+–

задача

+ –

реферат

курсовая

диплом


139

В нижней строке названы перспективные для автоматизации проверки виды контроля (со-ответствие структуры типу и специфике работы, полнота покрытия темы ключевыми словами, пра-вильность выбора методов, технологий и используемых количественных значений входных данных и результатов, их интерпретация, перспективы дальнейшего исследования).

В свою очередь, компоненты ЭУМК (1 и 2) – 5 упорядочены по возрастанию интерактив-ности, как по видам, так и внутривидовому развитию:

1) видео → интерактивные демонстрации, 2) интерактивные обучающие сценарии → репетиторы, 3) тесты → интерактивные сложные задачи, 4) тренажеры → виртуальные конструкторы → интегрированные лабораторные работы. Существующий инструментарий упорядочим по назначению - от ознакомления до компе-

тентностей выпускников: 1) репозиторий электронных элементов (с видео и структурами текстов Современной гума-

нитарной академии, моделями «Физикона» или «КиМ» (KM.ru)), 2) шаблоны обучающе-контролирующих презентаций [СИА1] и сайтов [СИА2], инструмент

разработки анимаций на базе редактора курсов 1С, e-Author «ГиперМетода» (HyperMethod.ru и IBS.com),

3) конструктор лингвистических экспертных систем Аналист МИСиС (Analist.ru), моделей Стратум Пермского государственного технического университета (stratum.ac.ru).

Достоинства комбинаций проявляются в интеграции электронного обучения (e-learning), со-трудничества и системного управления в экономике, основанной на знаниях:

1)широкая доступность (в любом месте, объеме, времени), непрерывное накопление и со-вершенствование знаний и навыков, 2)модульный принцип построения, структуризация и связывание для оперативного поиска в интегрированном хранилище, 3)адаптивность (извлечение, отбор, обновление) разноуровневых электронных информа-ционных ресурсов (ЭИР), 4)документирование, VNC (удаленное управление компьютерами) и защита для повторного разнообразного использования, 5)экономическая эффективность (быстрота разработки курсов, гибкое и рациональное со-четание различных форм обучения), 6)коллективная работа в сети: ClickToMeet (многоточечная видеоконференцсвязь), Mobile (мобильный Интернет), коммуникационные сервисы, комфортные для взаимодействия: Wiki, блоги, форумы, дискуссии, рассылка, экспертиза, 7)реализация компетентностного подхода и партнёрства (взаимодействие в решении про-блем), 8) повышение уровня наблюдаемости, управляемости и оптимизации процессов даже при гибком обучении по индивидуальному заказу (в ПО типа MS Project Manager). Для эффективного решения проблем развития ОИС рекомендуем по группам:

1. Организация: создание структурного подразделения и назначение ответственного за электронное 1) обучение 2) увольнение саботажников, обучение и финансовая стимуляция оставшихся 3) создание единого Банка медиаконтента при сохранении нескольких групп разработчиков

на различных платформах 4) выбор наиболее активных групп разработчиков как «точек роста» электронного обучения

2. Форматы обмена курсами, учебными модулями: 1) использование систем, поддерживающих международные стандарты SCORM, LOM,

RUS_LOM и т.д. 2) рубрикация, индексирование, унификация дизайна и форм представления

3. Технология: использование систем, поддерживающих мультиплатформенность (ОС Windows, Linux) и внедрение решений для интеграции разнородных ИС (MS BizTalk, IBM WebSphere).

В докладе будут сделаны конкретные примеры для изучения английского языка на описан-ном инструментарии. Список литературы

1. Величковский Б.М. Когнитивная наука. Основы психологии познания// т.1, т.2. М.: ACA-DEMIA, Смысл. 2006.

2. Гаврилова ТА, Червинская К.Р. Извлечение и структурирование знаний для экспертных систем. М., 1992

3. Золотопуп О.Н., Колос В.В. Фрейм// Компьютерные технологии обучения. Словарь – справочник. Киев: Наукова думка, 1992. С. 591

4. Калмыков А.А. Сравнительный системный анализ образовательных технологий// Педаго-гическая информатика. №4, 2001. С. С. 37-46

5. Крюкова О.П. Самостоятельное изучение иностранного языка в компьютерной среде. - М.: Логос .- 1998 . - 126с.

6. Лобанов Ю.И. представление знаний в открытом образовании: проблемы, концепции.- М., 2001. 56с. – Новые информационные технологии в образовании: Аналитические обзоры по основным направле-ниям развития высшего образования/ НИИВО; Вып. 11, ч. 1).


140

7. Поспелов Г. С. Искусственный интеллект - основа новых информационных технологий. - М.: Наука, 1988. - 278с. 8. Психология. Словарь. М.: Политиздат, 1990 9. Смольникова И.А. Разработка интерактивной тестирующей презентации на основе шаб-

лона и конструктора// Информатика и образование, 2008, №8, с. 25-29. 10. Смольникова И.А. Шаблон обучающе-контролирующего сайта и методика его использо-

вания// Информатика и образование, 2009, №2. 11. Tulving E. (1972) . Episodic and semantic memory// In: E. Tulving & W. Donaldson (Eds.).

Organization of memory. NY: Academic press. 12. www.analyst.ru

О МОТИВАЦИИ СТУДЕНТОВ 1-ОГО КУРСА К ИЗУЧЕНИЮ ИНОСТРАННОГО ЯЗЫКА В ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ

Лалова Т.И., к. фил. н., доцент

Владение иностранным языком для выпускника любого технического ВУЗа сегодня - на-сущная необходимость. Этого требуют такие явления, как всемирная глобализация, революцион-ный скачок международных отношений, развитие интернациональных связей во всех областях по-литики и экономики. Поэтому перед техническими ВУЗами встают качественно новые задачи в пре-подавании иностранных языков. При этом одной из основополагающих задач является повышение мотивации студентов к изучению данной дисциплины, т.к. известно, что именно мотивация к овла-дению предметом лежит в основе эффективности учебного процесса.

Что же обычно понимается под термином «мотивация»? В работах, посвященных этой важной для образовательного процесса проблеме, авторы определяют ее как:

1) побуждение к действию; 2) динамический процесс физиологического и психологического плана, управляющий пове-

дением человека, определяющий его направленность, организованность, активность и устойчи-вость.

Различают положительную (основанную на положительных стимулах) и отрицательную (ее стимулы отрицательные) мотивации. И та и другая мотивация может быть устойчивой и неустойчи-вой. Устойчивой считается мотивация, которая основана на нуждах человека, так как она не требу-ет дополнительного подкрепления.

Учебная мотивация определяется как частный вид мотивации, включенный в конкретную деятельность, - в данном случае деятельность учения, учебную деятельность. Как и любой другой ее вид, учебная мотивация определяется рядом специфических факторов. Во-первых, - она опре-деляется самой образовательной системой, образовательным учреждением; во-вторых, - органи-зацией образовательного процесса; в - третьих, - субъектными особенностями обучающегося; в-четвертых, - субъективными особенностями педагога, и прежде всего, системы его отношений к ученику, к делу; в-пятых, - спецификой учебного предмета. Учебная мотивация системна, характе-ризуется направленностью, устойчивостью и динамичностью. Основное ее понятие мотив тесно связано с понятиями цель и потребность. В личности человека они взаимодействуют и получили название «мотивационная сфера». В литературе этот термин включает в себя все виды побужде-ний: потребности, интересы, цели, стимулы, мотивы, склонности, установки. Важно также положе-ние исследователей о том, что структура мотивационной сферы является не застывшим, статиче-ским, а развивающимся, изменяющимся в процессе жизнедеятельности образованием, поэтому ее можно и необходимо формировать для того, чтобы в ней образовался ведущий мотивационный комплекс, объединяющий наиболее значимые для учебной деятельности студента мотивы: позна-вательные и профессиональные.

По утверждению большинства авторов формирование мотивации (и особенно мотивации к изучению в техническом ВУЗе такой гуманитарной дисциплины, как иностранный язык) осуще-ствляется на первом курсе. Она напрямую зависит от психолого-медицинских характеристик, при-сущих данному возрасту (17-20лет) и от того, насколько успешно молодой человек приспосаблива-ется к новому для себя виду обучения. В силу этих обстоятельств учебная и воспитательная работа на первом курсе носят особый характер. Бывшие школьники, оказавшись в новом для них качестве, должны в сравнительно короткий срок освоиться с новой ролью. Однако не все поступившие в вуз выпускники школ с этой задачей справляются успешно: наибольший отсев наблюдается именно на первом курсе. Основные причины, вызывающие затруднения в обучении на первом курсе, состоят в следующем: во-первых, в недостаточной профессиональной ориентированности студентов; во-вторых, в разрушении старого и образовании нового динамического стереотипа; в-третьих, в ещё не сложившемся студенческом коллективе академической группы, и, следовательно, недостаточном его влиянии на процесс адаптации студентов.

Что же в данном контексте должен уметь делать преподаватель иностранного языка, как мотиватор учебного процесса - процесса, по временным рамкам относящегося к «младшему сту-денческому возрасту», когда у юного человека формируется отношение к учебе в вузе?

http://www.analyst.ru/�

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B5%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B8%D0%B5�

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D0%B5%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B5%D0%BA�

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C_%D0%BB%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8�


141

Выделяется семь групп умений составляющих методическое мастерство преподавателя. 1. Перцептивные умения:

а) умение понять состояние студента, проникнуть в его внутренний мир; б) умение видеть всех и каждого (распределение внимания, боковое зрение); в) умение отличать текущую информацию о студенте от устойчивых его характеристик; г) умение воспринимать ситуацию общения в контексте деятельности (видеть статус студента в коллективе); распознавать межличностные отношения в группе; д) умение распределять внимание между различными компонентами процесса обучения; е) умение подмечать и оценивать положительное и отрицательное в деятельности (в том числе и речевой) учащихся; ж) умение видеть, в какой помощи нуждается студент в данный момент.

Все эти умения составляют основу социальной перцепции преподавателя. Подчеркнем - имеется в виду не воспитательный аспект работы преподавателя ВУЗа

(для преподавателя иностранного языка он очевиден); отсутствие умений социальной перцепции непосредственно отражается на обучении, а на обучении иностранному языку – особенно! Дело в том, что одной из предпосылок успешности коммуникативного обучения является создание речевого коллектива, что во многом зависит от стиля отношения учителя к учащимся.

2. Проектировочные умения: а) умение планировать практические и теоретические занятия разных видов; б) умение предвидеть результаты планирования; в) умение отбирать необходимый для урока материал; г) умение предугадать поведение речевого (учебного) партнера; д) умение анализировать учебную ситуацию и выбрать верное решение; е) умение делать логические переходы в этапах урока, в этапах работы над темой и т.д.; ж) умение распределять учебный материал; з) умение определять необходимую дозу теории в практике обучения различным сторонам общения; и) умение предвидеть и предупреждать утомление или спад в усвоении учебного материала; к) умение импровизировать в неожиданных учебных ситуациях.

В связи с этой группой умений необходимо обратить внимание на два момента. Первый — это развитие чувства ритма преподавания. Второй — это развитие способности

к импровизации, без чего немыслимо методическое мастерство. 3. Адаптационные умения:

а) умение подбирать приемы обучения (упражнения, задания), адекватные той или иной цели (любого уровня); б) умение использовать приемы работы, материал и т.п. соответственно индивидуальности учащегося (адаптация к индивидуальности); в) умение адаптировать свою речь на иностранном языке в зависимости от группы и уровня ее подготовленности; г) умение подходить к решению методических вопросов в зависимости от условий обучения (адаптация к условиям); д) умение контролировать, не нарушая взаимоотношений речевого партнерства на иностранном языке.

Каждое из этих пяти умений очень объемно, комплексно и требует особого рассмотрения, однако об одном хочется рассказать подробнее. Имеется в виду умение индивидуализировать учебный процесс. Коммуникативность обучения иностранному языку требует не только дифференциации студентов (по способностям, уровню знаний), что обычно и называют индивидуализацией, но и такого подхода, когда учитываются: 1) индивидные свойства, 2) субъективные свойства, 3) личностные свойства студента как индивидуальности. Обучение студентов умению общаться (и общаться на неродном, часто незнакомом языке!) совершенно немыслимо без учета индивидуализации в предложенном понимании ее. Необходимо учитывать, что входящие в адаптационную группу умения объединяет творческое начало. Поэтому творчество как важнейший элемент методической культуры должно стать объектом специального целенаправленного развития студентов.

4. Коммуникативные умения: а) умение устанавливать речевые взаимоотношения (речевую атмосферу изучаемого языка); б) умение быть коммуникабельным; в) умение настроиться на занятие соответственно его содержанию и характеру; г) умение настроить соответствующим образом учащихся; д) умение выражать все необходимое с помощью речи, мимики, пантомимы, соответствующим традициям изучаемого языка; е) умение говорить выразительно и эмоционально; ж) умение говорить экспромтом на предлагаемом языке.

Для преподавателя иностранного языка атмосфера общения исключительно важна. Если на уроке технической дисциплины студент может рассказывать изучаемый материал независимо от своих взаимоотношений с преподавателем, то на уроке иноязычного общения мы обращаемся к нему с вопросами, которые обычно задают либо друзьям, либо хорошим знакомым: “Когда ты сегодня встал?” или “Нравится ли тебе современная музыка?” Как студент (в рамках ролевого общения) он обязан отвечать, но как человек (личностное общение) вправе протестовать против


142

вторжения в его внутренний мир, если конечно, нет соответствующих взаимоотношений с преподавателем или другими студентами как речевыми партнерами. И он протестует (хотя и внутренне), а речь блокируется еще на мотивационном уровне.

5. Организационные умения: а) умение организовать работу в парах; б) умение организовать групповую работу; в) умение организовать коллективное общение; г) умение организовать группу, когда отвечает один студент; д) умение быстро распределять задания (с учетом условий, индивидуальных способностей студентов); е) умение организовать индивидуальную самостоятельную работу в группе; ж) умение организовать самостоятельную работу студентов, вчерашних школьников дома; з) умение найти помощника среди активных студентов; и) умение требовать; к) умение организовать внеучебную воспитательную работу.

6. Познавательные умения: а) умение анализировать деятельность коллег; б) умение анализировать собственную деятельность; в) умение подготовить научный доклад по проблемам обучения иностранным языкам; г) умение воспринимать новое в методике и претворять методические рекомендации; д) умение вести научную работу, участвовать в исследованиях; е) умение вести работу по самообразованию и самосовершенствованию.

7. Вспомогательные умения: К ним можно отнести всё, что относится к творческим способностям преподавателя -

умение рисовать, играть на музыкальных инструментах, работать с компьютером, ориентироваться в современной молодежной культуре, что-то коллекционировать и т.д.

Все перечисленные семь групп умений интегрируются в методическое мастерство препо-давателя иностранного языка, которое является залогом формирования положительной устойчивой учебной мотивации у студентов. При этом необходимо понимать, что формирование мотивации (и особенно мотивации к изучению такой гуманитарной дисциплины, как иностранный язык) является неотъемлемой частью развития личности. В переходные, кризисные периоды развития человека, одним из которых является переход в студенческий возраст, когда возникают новые мотивы, новые ценностные ориентации, новые потребности и интересы, перестраиваются качества личности, ха-рактерные для предшествующего периода. Для этого возраста основным новообразованием явля-ется жизненное и профессиональное самоопределение. И те ценностные ориентации, которые формируются в образовательном процессе учебного учреждения с помощью гуманитарных дисци-плин, а в частности иностранного языка, остаются с человеком, гражданином на всю жизнь. Выде-ление преподавателем в осваиваемом материале духовно-нравственных идеалов, этических и со-циальных норм, культурных традиций, исторически сформировавшихся в жизни народа изучаемого языка и соотнесённых с отечественной культурой, реализует принцип национально-культурной пре-емственности в содержании обучения будущих специалистов, способствует формированию духов-но-нравственных ценностей отечественной культуры у студентов негуманитарного вуза. Список литературы

1. Капустин, Б. «Беседа», Журнал "Прогнозис" № 2 (3), 2005 2. Гребнев Л. Гуманитарное образование. Размышление о «форме» и «содержании» Выс-

шее образование в России. 2004. № 3. 3. Барчуков Е.В. Развитие учебной мотивации студента средствами психологической служ-

бы. ПГУ, Пятигорск, 2000 г. 4. Леднева О. Процессуальное измерение социализации личности/ ВВШ. 2002. № 3. 5. Лихолетов В. Инвариантные компоненты деятельностных знаний в профессиональном

образовании. ВВШ. 2002. № 2, Межуев В. Культура и образование. ВВШ. 2004. №.5. Зиновьев А. Высшее образование и логика интеллекта. Там же.

6. Авт. Личность учителя иностранного языка как фактор воспитания учащихся в процессе обучения. Издательство ХГПУ, Хабаровск 2006.

7. Барановский А.И. Пути повышения конкурентоспособности образовательных услуг/ Мо-нография. – Омск: Издательство Омского педагогического университета, 2003г.

8. Мубарашкин Н.Г., Тихонов А.А., Филиппова С.П. Исследование мотивации подростков в учебной деятельности, направленной на успех, одобрение и избежание неудач. Издательство ГОУ СПО ОППК, г. Очёр, 2005г.

9. Ротарь М.В. Постсовременность и проблема целеполагания в целостном образователь-ном процессе. Издательство РГРА, Рязань, 2005.

http://www.journal.prognosis.ru/i/1/4.html�


143

СТРАТЕГИЯ ПОСТРОЕНИЯ ДИАЛОГА С НОСИТЕЛЯМИ

ДРУГОЙ КУЛЬТУРЫ (НА ПРИМЕРЕ ОБУЧЕНИЯ НАВЫКАМ ВЫРАЖЕНИЯ НЕСОГЛАСИЯ)

Лягушкина Н.В., МГПУ

A good listener tries to understand what the other person is saying In the end he may disagree sharply, but because he disagrees,

he wants to know exactly what it is he is disagreeing with. Kenneth A. Wells

В современном обществе значительно вырос спрос на выпускников ВУЗов не только со

знанием иностранного языка, но специалистов нового типа: знакомыми с реалиями и культурой дру-гого народа, умеющими построить диалог с представителями этой культуры и, в конечном счете, способными добиться коммуникативной цели высказывания. В связи с этим необходимо знакомить студентов с историей, культурой и ментальностью стран изучаемого языка, обучать стратегии ком-муникации на иностранном языке.

В учебных планах ряда специальностей введена дисциплина «Практикум по культуре ре-чевого общения (КРО)», предназначенная именно для отработки подобных навыков. Однако отме-тим, что учебников и учебных пособий по данному курсу крайне мало, что, безусловно, создает трудности для преподавателей. Также отметим важность обучения навыкам КРО студентов других специальностей (в рамках преподавания практического курса иностранного языка). Разработка по-собий для подобных интегрированных курсов также представляется актуальной.

В данной статье нам бы хотелось продемонстрировать принцип обучения навыкам речево-го общения. В качестве примера рассмотрим обучение стратегии опровержения чужого высказыва-ния на английском языке. Данная тема выбрана не случайно: во-первых, она представляется одной из основополагающих при проведении любого диалога, во-вторых, именно при выражении несогла-сия ясно проявляется разница в ментальности англичан и американцев с одной стороны и русских с другой.

В самом начале данной темы студентам следует объяснить, что англо-саксонская мен-тальность характеризуется сдержанностью в суждениях, вежливостью при общении, позитивным мышлением [2]. Следовательно, при построении высказывания или при переводе текста с русского языка на английский необходимо помнить о следующем:

1. Отрицательные предложения русского языка часто нужно заменять на положительные в английском, например, Не кладите трубку – Hold on; Мы никогда не забудем – We will always re-member; По газону не ходить – Keep off the grass.

2. В английском языке существует тенденция к постановке отрицания при глаголе, в то время как в русском оно атрибутивное. Иными словами, говоря по-английски, следует ставить от-рицание при сказуемом, например: Думаю, я не замечала, как много люди говорят о детях, пока не стала жить среди тех, кто говорит о другом –I don't think I noticed how much people go on about their kids until I started living among people who don't; Я думаю, он был несчастлив –I don't think he was really happy.

3.Носители английского языка избегают употребления слов с яркой отрицательной конно-тацией (wrong, stupid, boring, to hate, to dislike и др.). Таким образом, русское предложение Он не глуп будет переводиться на английский язык без отрицания и при помощи эквивалента слова ум-ный – He is pretty smart, или Это плохая идея – It’s not a good idea; Я не люблю театр – I am not particularly fond of theatre [см. также 1].

Следующим этапом обучения выражения несогласия является ознакомление со стратегией опровержения чужого мнения, включающей три этапа [подробнее см. 6]: The communication strategy of challenging the view: Step 1. Focus on your opponent’s ideas you share Step 2. Introduce contrast arguments (support them with well-grounded examples) Step 3. Suggest another approach to the matter

Далее необходимо «вооружить» студентов набором высказываний, которые следует ис-пользовать при выражении несогласия. Отметим, что количество и степень лексико-грамматической сложности фраз зависит от уровня владения учащимися английским языком. В ка-честве примера приведем некоторые выражения [подробнее см. 6]:

Still I wouldn’t call it/ him exactly… That’s not a good idea, I’m afraid. I’d like to add some new facts/remarks. I see why you feel this way. I see what you mean, still… How do you account for…? On the other hand, I’m not really sure if I would agree with you there. Basically it’s a good idea, but/ still… Let’s look at this in stages. If we look at the statistics…


144

Для закрепления навыка построения диалога с выражением несогласия следует предло-жить студентам ряд упражнений. Можно предложить следующие три типа заданий.

Во-первых, можно предложить учащимся составить диалог или инсценировать ситуацию по предложенной теме, например, Develop Challenging the View Scripts. Define relevant social roles of potential challengers of argument with reference to familiarity degree, social position, intentions, social settings, target group:

informal – a 25-year-old male discusses with his close female friend (30 years old) his applying for a new job; setting – immediate friends’ circle; target group – intimate friends who have been known each other for 7 years; degree of familiarity – very close; intentions – to dissuade the male friend from changing the job

formal – the boss has intended to spend the profits meant for paying the employees’ bonus on up-grading the office equipment; setting – office debate; target group – the 45 year-old hard to get on with boss; degree of familiarity – relations those of a boss and a employee; intentions – suggest the boss to reconsider his/her view and to spread the profit between the bonus and up-grade [подробнее см. 6].

Второй тип задания – обсуждение прочитанного текста / прослушанного аудиофрагмента / просмотренного отрывка из фильма, например, после знакомства с текстом So Could an Affair Save Your Marriage? (приведем фрагмент статьи) студентам предлагается провести дискуссию: a) Study the following text: According to Judith Brandt's controversial new book the marriages need not have ended. Her book is the ultimate guide to how to have an affair. Brandt, 44, a divorcee, came up with the idea for her book after becoming involved with a married man, with whom she has enjoyed an eight-year affair. Indeed, she goes so far as to say that an affair can often save a marriage. ‘There’ seems to be within humans an instinctive tug towards infidelity. But I believe there’s nothing inherently immoral about seeking additional fulfillment outside marriage if it is going to benefit you to keep your marriage together, especially if you have children. I’m trying to help people make sense of that, so they can put affairs in perspective and act appropriately – not risk their marriage by acting recklessly.’

a)Daily Mail, 2002 b) Suggest arguments to challenge the view that an affair can save the marriage. c) Account for the most natural pattern of communicative behavior of Judith Brandt (the author of

the book) in the suggested settings: talking to her friend (a happily married woman, 35) who advocates for faithfulness being a guest at a talk show and challenging the presenter’s and talk-show participants’ conven-

tional view on adultery В качестве примера видеозадания рассмотрим фрагмент фильма «Двухсотлетний чело-

век» (Bicentennial Man). После просмотра эпизода, поднимающего тему добровольного ухода из жизни, учащимся

предлагается высказаться в поддержку или против легализации эвтаназии Особое внимание преподавателям следует уделять подбору материала для занятия. Так,

тексты, аудио- или видео-эпизоды должны быть в первую очередь актуальны, во-вторых, они долж-ны быть посвящены темам, способным вызвать у студентов живой интерес и потребность в дискус-сии. Кроме того, в целях отработки навыка выражения несогласия необходимо отбирать статьи или видеофрагменты, вносящие информацию, описывающие факты или приводящие доказательства, которые можно оспорить. В качестве примера приведем названия некоторых газетных и интернет публикаций, удовлетворяющих вышеуказанным требованиям: Proof That Life's Not Written in the Stars (The Guardian, 2005) [6]; The Dental Test That Will Put Off Smoking (Daily Mail, 2002); Fruit Flies Provide Vital Clue to Mysteries of Sleep (The Moscow Times, 2001) [3]; В США мать раскормила 7-летнюю дочь до 222 килограммов (news.rin.ru, 2006) [4].

Еще одним видом упражнения на закрепление или тестирование навыка выражения несо-гласия с чужим мнением может служить краткий комментарий какого-либо высказывания. В качест-ве материала для данного задания могут служить известные афоризмы, цитаты известных людей, фразы из прочитанного текста и т. п. Важной составляющей данного упражнения является ограни-чение времени на обдумывание и формулировку высказывания. Для создания эффекта неожидан-ности можно порекомендовать использовать на занятии компьютер и проектную технику, предвари-тельно создав презентацию в программе Microsoft PowerPoint таким образом, чтобы фразы для комментирования высвечивались по одной по желанию преподавателя [подробнее см. 5].

На наш взгляд данный подход несет в себе три преимущества: таким образом, студенты приближены к реальным условиям проведения диалога; подобное задание не занимает много ак-тивного времени, что позволяет обращаться к нему чаще в качестве повторения, и может быть ис-пользовано даже в тех случаях, когда преподаватель ограничен в аудиторном времени; кроме того, использование технических средств и смена видов активности положительно сказывается на моти-вации учащихся. В последнее время много говорится о необходимости создания благоприятной атмосферы в учебной аудитории [7]. Безусловно, большой вклад в создание такой атмосферы на занятии, а, следовательно, и в увеличение мотивации студентов вносит обращение преподавателя к юмору. Заметим, что мы ни в коем случае не ассоциируем юмор на занятии с потерей контроля над аудиторией и отсутствием дисциплины, наоборот, правильно подготовленные и уместные ал-люзии, шутки, мимика и т.п., снимают у студентов излишнее напряжение, улучшают атмосферу на уроке, устанавливают взаимопонимание и эмоциональную связь между преподавателем и учащи-мися, и, таким образом, содействуют более эффективному усвоению учебного материала [8; 9].


145

Приведем примеры цитат известных людей, при использовании которых в качестве материала для комментирования преподаватель может обратиться к юмору в аудитории:

We are born naked, wet and hungry. Then things get worse. Artificial Intelligence is no match for Natural Stupidity. Monday is an awful way to spend 1/7th of your life. Give a man a fish, and you'll feed him for a day. Teach a man to fish, and he'll buy a funny hat. Talk to a hungry man about fish, and you're a consultant (Scott Adams). To err is human and to blame it on a computer is even more so (Robert Orben). I like pigs. Dogs look up to us. Cats look down on us. Pigs treat us as equals (Winston Churchill).

Итак, мы продемонстрировали стратегию построения речевой коммуникации с представи-телями других культур на примере способов обучения высказывания несогласия с чужой точкой зрения. Список литературы

1. Бреус, Е.В. Основы теории и практики перевода с русского языка на английский [Текст]: учеб. пособие/ Е.В. Бреус. – М.: УРАО, 2000. – 208 с.

2. Виссон, Л. Русские проблемы в английской речи. Слова и фразы в контексте двух куль-тур [Текст]: учеб. Пособие/ Л. Виссон. – М: Р.Валент, 2005. – 190 с.

3. Лягушкина, Н.В. Новая азбука: мечты и страсти [Текст]: учеб. пособие/ Н.В. Лягушкина The ABC of Dreams and Passions. Новая азбука: мечты и страсти. – М: Р.Валент, 2005. – 152с.

4. Лягушкина, Н.В. Возможности применения видео фрагментов для отработки навыков ре-чевой деятельности [Текст]/ Н.В. Лягушкина// Профессионально-ориентированное обучение ино-странному языку и переводу в вузе: Материалы международной конференции, 25 – 26 марта 2008 г., – М.: РУДН, 2008, С. 180 – 185.

5. Лягушкина, Н.В. Использование новейших технических средств в преподавании ино-странных языков [Текст]/ Н.В. Лягушкина// Человек говорящий и пишущий. Материалы IV Междуна-родных Березинских чтений. – М.: МГЭУ, 2008, С. 50 – 63.

6. Практикум по культуре речевого общения (английский язык) [Текст]: учеб. Пособие/ О.А. Сулейманова, Н.Н. Беклемешева, К.С. Карданова, Н.В. Лягушкина, В.И. Яременко. М.: Академия, 2009 (в печати).

7. Butzkamm, W. Lust zum Lehren, Lust zum Lernen [Text]/ W. Butzkamm. Lust zum Lehren, Lust zum Lernen. Eine neue Methodik fuer den Femdsprachenunterricht. Tuebingen: NarrFrancke Attempto Verl., 2007, 403 p. .Chiasson, P.-E. Using Humour in the Second Language Classroom [Text]/ Paul-Emile Chiasson// The Internet TESL

8. Journal, Vol. VIII, №3, March 2002, URL: http://iteslj.org/Techniques/Chiasson-Humour.html 9. Emig, R. Taking Comedy Seriously: British Sitcoms in the Classroom [Text]/ R. Emig// Anglistik &

Englischunterricht, Band 68, New Media – New Teaching Options?! Heidelberg. Universitaetsverlag Winter, 2006, p. 17 – 35.

ПРЕПОДАВАНИЕ ИНОСТРАННЫХ ЯЗЫКОВ В ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ.

ПСИХО - И СОЦИОЛИНГВИСТИЧЕСКИЙ АСПЕКТ Плющёва О.Н., ст. преподаватель

Преподавание иностранных языков в техническом вузе дело многотрудное. Во-первых, кон-

тингент технического вуза специфичен. Мы имеем дело со студентами, нацеленными, прежде все-го, на овладение инженерными знаниями. При этом специалисты отмечают снижение общего уров-ня подготовленности абитуриентов, выбирающих технические специальности. Во-вторых, необхо-дим учет ряда социо- и психолингвистических аспектов преподавания иностранных языков в данной социо-культурной молодежной среде.

Наряду с правильным, соответствующим общепризнанным нормам языковым материалом, человеческий коллектив постоянно порождает слова, фразы, иногда целые тексты, шокирующие, ниспровергающие традиции, либо ведущие к непониманию. Например, слова «прикольно», «кле-во», выражение «сам тащуся» режут слух. А словосочетание «забить стрелку», то есть провести «разборку», «потасовку», понимается не сразу. К непониманию приводит также использование при обучении языкового материала, оперирующего понятиями, вышедшими из употребления. Так, при подготовке «Шотландского вечера» и разговора о традиции «First Foot» (когда шотландцы в Ново-годнюю ночь ходят друг к другу в гости с кусочком угля в подарок в знак пожелания тепла и удачи) был дан прямой перевод слова «coal» в значении «антрацит». Студенты восприняли его синонимом слов «drug» и «poison»-наркотик.

«…всякое речевое высказывание, которое не понимается, или понимается с трудом, а пото-му не достигает своей цели, является отрицательным языковым материалом. Ребенок учится правильно просить что-нибудь, так как его непонятные просьбы не выполняются»,-считал академик

http://iteslj.org/Techniques/Chiasson-Humour.html�


146

Л.В.Щерба. Он неоднократно подчеркивал важность изучения отрицательного языкового материа-ла, указывая на неисчерпаемые возможности, таящиеся в этом пласте речи для понимания глубин-ных свойств человеческого языка и психики. Психоаналитики рассматривали различного рода об-молвки, описки, «ослышки» как ошибочные действия, которые, наряду с забыванием, могут свиде-тельствовать о скрытых мотивах человеческих поступков.

Любопытный случай «ослышки» был подмечен у моего отца, после прослушивания по радио песенки из старого кинофильма «Золушка»: «Ну-ка, дети, встаньте в круг, встаньте в круг, встаньте в круг…». Занимаясь своим делом, он «мурлыкал» услышанную мелодию со словами «панчи прук, панчи прук». Характерный случай обмолвки-объявление, сделанное председателем, по случаю открытия заседания: «Предлагаю считать заседание закрытым!». Оказалось, что председатель не хотел, чтобы заседание состоялось.

При обмолвке происходит столкновение (интерференция) двух противоположных желаний, одно из которых скрыто, и может осознаваться индивидуумом. «Поставщиками» отрицательного языкового материала могут быть люди больные, дети, лица с невысокой речевой культурой, а также школьники и студенты, изучающие неродной язык. Неправильная речь иностранца стала объектом лингвистического анализа в связи с развитием билингвистических исследований. Приоритет лин-гвистического использования термина «интерференция» принадлежит ученым Пражского лингвис-тического кружка. Заметим, что в отличие от явлений, с которыми связана интерференция (как уси-ление или ослабление волн в физике), человеческий язык представляет собой единство матери-ального и социального, физиологического и психологического механизмов. Е.М.Верещагин отме-чал, что интерференция включается не только в сферу психологии и лингвистики, но и социологии тоже. Когда человек перемещается из одной национальной общности в другую, в его поведении наблюдаются отклонения от норм известных ему культур. Поскольку причиной таких отклонений обычно является отрицательный перенос навыков поведения из одной культуры в другую, это, как правило, выражает себя и в языке.

В группе СЖД-212(специальность «Строительство железных дорог») Института пути, строи-тельства и сооружений занимается студент, таджик по национальности. При организации диалого-вой работы на занятиях по английскому языку было замечено, что все его диалоги с девочками-партнерами становились неудачными или не получались совсем. Тогда как, с партнерами противо-положного пола, успех был налицо. Наблюдения за группой показали, что оказываясь рядом с де-вушкой, данный студент всегда старался сесть за парту, получить раздаточный материал первым. Все прояснилось при обсуждении газетной статьи о социальном положении женщин в бывших со-юзных республиках, их дискриминационном, в ряде случаев, положении, в том числе и в Таджики-стане.

Для психолога интерференция-это перенос знаний, умений и навыков, а также их взаимодей-ствие и взаимовлияние при образовании новых форм. Психологический подход к интерференции позволяет не только выявить, как формируется и функционирует механизм переноса навыков при усвоении иностранного языка, но также дает ответ на следующие вопросы: чем обусловлена се-мантическая интерференция, или сдвиг в значении слов, возникающий под влиянием второго язы-ка; каковы особенности афазии у полиглотов и монолингвов (исследования Эрвина, Лэмберт, Ко-лерс и др.). В лингвистической литературе интерференция определяется «как явление взаимодей-ствия структур и структурных элементов двух языков в процессе общения двуязычного населения» (Дешериев). В общем же, в социолингвистике расхождения между отдельными учеными и школами определяются скорее различиями в понимании объема объектной области, чем различиями в кон-цепциях общественных структур или различиями в представлениях о природе и методах изучения языка.

Психолингвистические школы в большей мере дифференцированы друг от друга. Сопостави-тельный анализ социолингвистики и психолингвистики относится к тому виду научных исследова-ний, когда объектом анализа становится «готовое», преднайденное, по выражению Гегеля, знание, занимающее обычное в исследовательской процедуре место природного предмета. Обе дисципли-ны изучают процесс социального взаимодействия членов общества, опосредованный речевой ком-муникацией.

Языковая способность - это пожизненно формирующаяся одна из высших психических функ-ций человека, которая обеспечивает «усвоение, производство, воспроизводство и адекватное вос-приятие языковых знаков членами языкового коллектива» (Леонтьев)

Психологический механизм формирования языковой способности описывается как интерио-ризация личностью социального опыта общества и способов социального взаимодействия, опосре-дованного речевым общением. Однако социально обусловлено не только становление языковой способности, социально обусловлено и ее функционирование, то есть социально детермирована сама речевая деятельность. Феноменологически детерминация речи социальным опытом общества осуществляется партнером по общению. Речевая активность связана жестким условием быть поня-тым партнером по общению.

Отсюда, следовательно, задания для студентов должны побуждать их к пониманию друг дру-га посредством коммуникативной активности, а не просто стимулировать репродуктивный вариант выполнения упражнений.

Важная роль при организации такой деятельности на уроке принадлежит ситуативно - роле-вому способу ее организации. Например, представить себя в роли отца семейства, менеджера, во-енного, медика и даже ребенка, ощутить себя киноактером, жителем Филиппин или тундры, добить-ся пересмотра условий контракта и т.п.


147

Итак, если социолингвисты и психолингвисты строят модель речевого общения, это в боль-шинстве своем интерпретационные модели, цель которых объяснить как инвариантные, так и ва-риативные качества речевых текстов. При этом важны: знания темы и общественных норм, способ-ность коммуникантов к перцепции, мышлению, ассоциации, абстрагированию, генерализации, ре-шению задач. А также мотивировка взаимодействия, обоюдные гипотезы о перцептивных способ-ностях, предположения о физическом и психическом состоянии в момент общения, понимания ком-муникантами своей роли и роли партнера, ролевые ожидания коммуникантов по отношению друг к другу.

Так, при подготовке вечера костюмированной миниатюры на английском языке все группы СЖД за два месяца были проинформированы о теме вечера: «Жанровые сценки на железнодорож-ном транспорте». Были введены временные границы «из века 19 в 21-ый». Поскольку материал для сценок подбирался из различных литературных источников, и часть лексики могла быть неизвестна многим, учитывая перцептивные возможности аудитории, «артисты» должны были с помощью приемов обеспечить понимание происходящего, побуждая публику к абстрагированию и ассоциа-циям, обобщению, а в ряде случаев и коллективному действию.

Отметим также, что понятийный аппарат речевой деятельности сформировался в результате применения основных положений теории деятельности Л.С.Выготского, А.Н.Леонтьева, Л.Р.Лурия для исследования порождения и восприятия речи. В качестве предмета психологического исследо-вания деятельность выступает как процесс, в котором порождается психическое отражение мира в голове человека, то есть происходит переход отражаемого в психическое отражение. А.Н.Леонтьев писал по этому поводу: «…происходит как бы размыкание круга внутренних психических процессов – навстречу … объективному предметному миру, властно врывающемуся в этот круг, который, как мы видим, вовсе не замыкается». Следовательно, внешние звенья деятельности это не некоторая внешняя активность, только отражающая внутреннюю психическую деятельность, а составные не-отъемлемые звенья психической деятельности.

Поэтому только с учетом всех трех компонент: психической, социальной и лингвистической – возможна успешная организация процесса преподавания иностранных языков. Ввиду того, что кон-тингент студентов технического вуза специфичен, в каждой из компонент необходимо еще выде-лить особенное. Затем, привести все в единую систему, и с вдохновением приступать к работе, ве-дя за собой молодежь по лабиринтам речевой коммуникации.

ЯЗЫКОВЫЕ ПРОБЛЕМЫ В МЕЖКУЛЬТУРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ

Попова Т. Г., д.ф.н., профессор

Стремительное развитие новых технологий, в том числе информационно-

коммуникативных, интеграционные процессы в экономике, политике, науке, образовании способ-ствуют взаимопроникновению культур. В связи с тем, что культуры различных народов оказывают все большее влияние друг на друга, все в большей степени можно говорить сейчас о мультикуль-туре.

Изучение иностранного языка можно сравнить с интересным и увлекательным путешест-вием. Здесь можно вспомнить слова Цицерона из его «Pro Archia poeta»: «…эти занятия дают пи-щу юношеству, восхищают стариков, счастливые жизненные обстоятельства делают еще пре-красней, в беде предлагают убежище и утешение, не мешают на форуме, с нами проводят ночь, с нами путешествуют и с нами удаляются в деревню» (Като Ломб 1978: 214).

При изучении иностранного языка, подготовке высококвалифицированного специалиста все более осознается необходимость овладения не только языковыми структурами, но и фоновы-ми знаниями, культурой страны изучаемого языка, т.е. тем, что находиться за языком. Говоря иными словами, важно изучать / преподавать не только словарный состав языка, не только его фонетические и грамматические особенности, но и то, что Всеволод Владимирович Овчинников, легендарный отечественный журналист, писатель, публицист и обозреватель «Российской газе-ты» называет изучением «грамматики жизни» зарубежного народа, создание как бы путеводителя по его душе.

В межкультурной среде лингвистическая компетентность, как владение абстрактной сис-темой правил языка, используемого партнерами в качестве средства общения, выступает необхо-димым, но не достаточным условием эффективности интеракций. Кроме того, они должны обла-дать коммуникативной компетентностью – умением применять правила в конкретных социальных ситуациях, а также когнитивной – способностью словообразования и генерирования мыслей на языке общения (навыками речепроизводства).

Так, например, русский и английский языки различаются по использованию языковых кон-струкций, которые подчеркивают значимость либо индивида, либо его роли или статуса. Английский язык считается индивидуально ориентированным: например, равенство партнеров и симметричное распределение власти в коммуникативной ситуации подчеркивается использованием одного ме-


148

стоимения «you» («ты», «Вы») при обращении к любому человеку. Контекстуально или статусно ориентированный стиль подчеркивает важность формальных отношений, характеризующихся асимметричным распределением власти; в языковых конструкциях находит отражение иерархиче-ский социальный порядок.

Проблемы межкультурной коммуникации находятся в фокусе внимания многих исследова-ний. Различия культур отражаются в различных языковых картинах мира, на основе которых стро-ятся высказывания в различных языках. В каждой культуре существуют свои артефакты, которые являются чуждыми и малопонятными для других культур.

Исследование культурной специфики может внести существенный вклад в осмысление не только собственно культурологических, но и языковых явлений. Данное обстоятельство объясняет-ся тем, что изучение культуры через анализ языка представляет собой, несомненно, ценный прак-тический и теоретический материал в плане расширения наших знаний о действительности, окру-жающей нас.

Конец XX – начало XXI столетия в лингвистике отмечено провозглашением в качество ос-новополагающего того положения, что изучение языка может считаться адекватным лишь при опи-сании его функционирования в процессе коммуникации. «Язык, являясь средством общения людей, представляет собой систему знаков особой природы, выступающих основным инструментом выра-жения мысли и средством общения людей между собой» (Попова Т.Г. 2006: 229 -233).

Язык и культура взаимосвязаны в коммуникативных процессах. Эта связь проявляется не только в семантике и дифференциации языка по разным параметрам, но и в том, что именно куль-тура обусловливает национальную специфику коммуникативного поведения человека

Язык является кодом, образующим часть культуры. Языки различаются по способам коди-рования. Носители языка по-разному моделируют объективную действительность в зависимости от своеобразия языковых категорий, присущих каждому конкретному языку. Мы можем утверждать, что язык является не только средством общения, но и системой, отражающей коллективный опыт определенного языкового коллектива.

Значение языка для изучения культуры и ее особенностей переоценить сложно. В языке находят свое отражение и одновременно формируются культурные представления и идеалы наро-да, а соответствующие языковые единицы служат пониманию этих аспектов культуры, иллюстрируя особенности мировосприятия, присущего носителям того или иного языка и той или иной культуры.

Представляя собой определенный способ восприятия реальности, каждый язык по-своему членит мир в соответствии с установившимися языковыми нормами. В нем находят свое отражение историческое развитие этноса, нравы и обычаи народа, культурные традиции, которые преломля-ются и видоизменяются на каждом новом этапе развития данной лингвокультурной общности.

В этой связи можно вспомнить перечень «общекультурных универсалий» - обычаев, тради-ций, верований и т.д., присущих всем человеческим обществам, которые были составлены рядом антропологов, в том числе - Кейт и Робином Фоксом, Джорджем Питером Мердоком (K. Fox 2008:19). Однако вместе с тем, необходимо отметить, что основные ценностные установки переда-ются из поколения в поколение, воспроизводя законы общенародного менталитета.

Общение людей осуществляется в пределах определенной культуры с использованием то-го или иного этнического языка, языковой картины мира. Сознание носителя национальной культу-ры формируется в процессе овладения определенной национальной культурой на основе свойст-венных ей образов и представлений. Национально-культурные факторы существенно влияют на элементы языкового кода каждого идиоэтнического языка, формирующие языковые картины мира и отличающиеся от концептуальных.

Попадая в другую национальнокультурную и языковую среду, человек попадает в другой мир ценностей и правил, а также норм общения, которые необходимо знать и учитывать для пол-ноценного общения с представителями других лингвокультур. Именно на основе правил проще вы-строить систему «грамматики» самобытности народа.

Термин «правило» в данном контексте используется в широком смысле. Поиск таковых правил неизбежно влечет за собой попытку понять и охарактеризовать культуру народа, т.е. сово-купность моделей поведения, традиций, образа жизни, идей, верований и ценностей той или иной социальной группы.

Язык, являясь средством общения людей, представляет собой систему знаков особой природы, выступающих основным инструментом выражения мысли и средством общения людей между собой. Язык понимается нами как условие для осуществления мышления и как средство, позволяющее хранить и передавать мысли, уже сформулированные в процессе мышления.

В настоящее время можно наблюдать усиленный поиск духовных опор в языке: предпринимаются попытки через язык по-новому осмыслить прошлое, осознать свое место в настоящем. В связи с этим необходимо отметить, что представления о языке неотделимы от представлений об отношении человека к миру в ту или иную эпоху, от характерного для нее миропонимания.

То, что возможны коммуникация и взаимопонимание людей, говорящих на различных языках и принадлежащих к различным культурам, свидетельствует как о наличии общечеловеческого бытийного базиса, являющегося инвариантом жизнедеятельности людей, так и о высокой степени взаимопроникновения и взаимообогащения культур различных народов.

Язык и культура взаимосвязаны в коммуникативных процессах. Эта связь проявляется не только в семантике и дифференциации языка по разным параметрам, но и в том, что культура обусловливает национальную специфику коммуникативного поведения человека. Культура имеет


149

свое отражение в речи и языке. В речи почти все социально-культурные факторы находят свое опосредованное отражение. Речь чутко реагирует на все противоречивые явления культуры. Язык же включает в свою систему лишь часть речевых единиц, в которых отразились факты национальной культуры.

Итак, язык, являясь средством общения, не только позволяет сообщать и хранить информацию о любых явлениях реального и ирреального мира, но и отражает все изменения, происходящие в сознании людей. Национальные особенности проявляются не только в образе жизни людей, в их материальной и духовной культуре, но и в языке, в том числе, и в лексике.

Лингвоспецифические слова, конечно же, представляют определенную трудность при переводе. Например, наиболее близкими межъязыковыми эквивалентами английского слова chal-lenge в русском языке являются такие слова, как вызов, трудность, проблема, задача. Вместе с тем, ни одно из названных нами русских слов взятое в отдельности не передает ту конкретную идею, которая заложена в слове challenge: стремление к соперничеству; готовность рисковать, чтобы испытать себя; дух авантюризма, отвагу и т.д. Лингвоспецифические слова – это слова, в значении которых заложено типичное для конкретного культурного сообщества людей и, не имеющие одного готового переводного аналога в других языках. Данные лексические единицы выделяются ярко выраженным коннотативным культурным компонентом значения. Такие слова относятся к коннотативным реалиям. Говоря иными словами, речь идет об общеанглийских словах, получивших дополнительные национально-культурные коннотации. Наличие в языке лингвоспецифических слов можно объяснить существованием определенных традиций и обычаев, характерных для той или иной культуры, а также особенностями системы ценностей, принятых в данной культуре.

Необходимо отметить, что культурная и индивидуальная идентификация, осознание своей культурной уникальности, оказывается невозможным без наличия или построения в качестве мыс-лимого пространства иной культуры. Граница между мирами «своего» и «чужого» обеспечивает не столько трансляцию информации, сколько возникновение новых смысловых полей.

За каждой лексической единицей стоит определенный образ языкового сознания, вклю-чающий ряд компонентов, которые имеют разную ценностную значимость в разные исторические периоды. Поэтому предварительный глубинный анализ содержания образов языкового сознания, который репрезентирован в тексте, является важным условием переводческой деятельности. Так, например, под «общественной жизнью» в русском языке подразумеваются различные виды граж-данской и государственной деятельности, тогда как для американца, например, social life означает всякие отношения с людьми, к примеру, посещение различных курсов, театров, ресторанов и т.п. В контексте наших рассуждений можно для сравнения, к примеру, к отечественной истории и вспом-нить про такой термин, как «общественный деятель». В шестидесятых годах XIX столетия в Москве был основан артистический кружок, который затем перерос в литературно-художественный кружок. Там собирались артисты Большого и Малого театров, известные литераторы и музыканты, в том числе и М.Н. Ермолова. В 1899 году, в год столетия А.С. Пушкина, когда литературно-художественный кружок располагался в доме графини Игнатьевой, на Воздвижинке, термин «обще-ственный деятель» стал означать действительного члена этого кружка.

Говоря о языке, необходимо отметить его ведущее место среди национально-специфических компонентов культуры. Язык способствует тому, что культура может быть как средством общения, так и средством разобщения людей. Язык является знаком принадлежности его носителей к определенному социуму; он может выступать как главный фактор этнической интеграции и в качестве основного этнодифференцирующего признака этноса.

Таким образом, язык по сферам своего использования обладает столь же большой динамичностью, сколь динамична и разнообразна сама жизнь. Практическое освоение окружающего мира человеком непосредственно связано с его осмыслением и закреплением результатов мыслительной деятельности в форме естественного языка. Язык является главным способом формирования и существования знаний о мире.

Необходимо также отметить, что язык, являясь не только средством познания окружающе-го мира, но и средством массовой информации, определяет характер и содержание коммуникации, и вместе с ней культуры. Культура, вводимая и передаваемая через коммуникацию, со временем подвергается фундаментальному преобразованию.

Далее рассмотрим роль интеракции языка и культуры как культурологической реальности в процессе перевода, который остается важнейшим средством межкультурной коммуникации. При переводе необходимо выполнить две важные задачи: почерпнуть из культурной жизни другого на-рода некое достояние и как можно бережнее донести его до отечественного читателя или слушате-ля.

В контексте межкультурной коммуникации происходит контакт не только языковых систем и их речевых манифестаций, но также и соприкосновение разных культур. Говоря иными словами, перевод является не только взаимодействием языков, но также и взаимодействием культур, поэто-му процесс перевода пересекает не только границы языков, но и границы культур.

Слова являются основными элементами языка как системы. Они обладают формой и со-держанием – значением, состоящим из семантических компонентов. Общее, проявляющееся в со-держательной стороне языка, служит основой для инвариантного выражения мысли. При этом нуж-но стараться избегать ошибок и неточностей, которые могут быть вызваны не только влиянием родного языка, но также и влиянием родной культуры и национального сознания. Здесь речь, ко-нечно же, идет о явлениях более широкого плана, т.е. о лингвокультурной интерференции.


150

Лингвокультурная интерференция может проявляться в неточных ассоциациях, неверных оценках, неадекватном восприятии эмоционального состояния, в нарушении коммуникативных норм, в неправильной интерпретации коммуникативных интенций собеседника и т.д.

Общее ассоциативное поле в социокультурном фонде коммуникантов, которые являются представителями одной лингвосоциокультурной общности, позволяют адресату адекватно декоди-ровать замысел адресанта. Однако в условиях межкультурного общения могут возникнуть различ-ного рода трудности. В этом случае прагматический контекст общения будет требовать перехода употребления и восприятия слова с уровня значения на уровень прагматического смысла.

Каждая лексема находится в определенных ассоциативных связях с другими языковыми единицами. Для процесса перевода это обстоятельство также представляет сложность: в разных языках есть свои особенности такой ассоциативной связи, связанные с поиском адекватного соот-ветствия единицам исходного языка. Таким образом, одной из проблем, с которой сталкиваются коммуниканты при межкультурном общении, когда происходит интеракция языка и культуры, это – коллокаторы. Теория лингвистических функций является существенной частью модели «смысл - текст». Степень семантической содержательности и мотивированности является различной для разных лингвистических функций.

Говоря иными словами, она зависит от конкретных лингвистических функций. Можно выде-лить лексемы, значение которых или же включает в свой состав семантический примитив, к приме-ру, «делать» в роли главного компонента толкования, или же сводятся к нему. В качестве примера можно привести такие коллокаторы, как принимать решение, устраивать прием, наносить удар, говорить комплименты и т.п. Эти лексемы в вершине толкования содержат семантический прими-тив делать. Следовательно, они являются акциональными коллокаторами. Глагол «делать» чаще всего используется с семантическими классами акциональных существительных. Здесь мы можем выделить две группы. К первой группе относятся одноактные, относительно простые, часто мотиви-рованные действия, например, делать ошибку, вдох, выдох, движение, остановку, скидку и т.д. Ко второй группе акциональных существительных, мы чаще всего относим существительные, упот-ребляющиеся в негативных речевых актах: делать выговор, предупреждение, замечание. Однако, данная группа допускает использование акциональных существительных в положительном речевом акте. Например, делать комплименты. Так, мы говорим «заклятый враг», но не «заклятый друг»; «закадычный друг», но не «заклятый друг». Или, если взять в качестве примере английский язык, то можно привести следующие коллокаторы: grave illness (серьезная болезнь), heavy fog (сильный ту-ман), что сочетается со словом «тяжелый». В английском языке heavy более предпочтительно, во-первых, от осадков, атмосферных и природных явлений. Например, heavy cold – сильный мороз, heavy dew –обильная роса, heavy fog – густой туман, heavy rain – проливной дождь, heavy storm – сильная буря. Во-вторых, это – группа существительных, в значение которых входят расходы, на-пример, heavy debt – огромный долг, heavy duties – высокие пошлины, heave expenses – большие расходы, heave price – высокая цена, heave taxes – обременительные налоги. И, наконец, третья группа предпочтительности heavy – это имена деятеля, связанные с получением удовольствия. Например, heavy buyer – солидный покупатель, heavy drinker – сильно пьющий человек, heavy eater – обжора, heavy sleeper – соня, heavy smoker – заядлый курильщик.

Лексикографические толкования лишь частично отражают национальную специфику обра-зов, стоящими за теми или иными лексемами. В состав образов также входят различные коннота-тивные значения, не включаемые в лингвистические трактовки. Поэтому словарные статьи пред-ставляют собой базу для дальнейшего моделирования структуры образа языкового сознания.

Под языковым сознанием понимается образ мира той или иной культуры, опосредованный языком, т.е. мы имеем в виду совокупность перцептивных и концептуальных знаний об объектах реального мира. Такой инвариантный образ мира непосредственно соотнесен со значениями и дру-гими социально выработанными опорами.

Даже в единой культуре может быть множество инвариантов образа мира, что свидетель-ствует о различных факторах, влияющих на формирование каждого инварианта. Это и социальный статус группы или какого-либо класса, и профессиональная принадлежность, и возраст и т.д. Инва-рианты образа мира описывают общие черты в видении мира различными людьми одного социаль-ного и этнического сообщества.

За каждой лексической единицей стоит определенный образ языкового сознания, вклю-чающий ряд компонентов, которые имеют разную ценностную значимость в разные исторические периоды. Поэтому предварительный глубинный анализ содержания образов языкового сознания, который репрезентирован в тексте, является важным условием переводческой деятельности.

Культурная и индивидуальная идентификация, осознание своей культурной уникальности, оказывается невозможным без наличия или построения в качестве мыслимого пространства иной культуры. Граница между мирами «своего» и «чужого» обеспечивает не столько трансляцию ин-формации, сколько возникновение новых смысловых полей.

Язык, являясь не только средством познания окружающего мира, но и средством массовой информации, определяет характер и содержание коммуникации, и вместе с ней культуры. Культура, вводимая и передаваемая через коммуникацию, со временем подвергается фундаментальному преобразовании.

Таким образом, особый интерес в рамках межкультурной коммуникации представляет изу-чение барьеров коммуникации представителей разных культур. Основными барьерами, которые снижают эффективность интеракций, могут различать различия когнитивных схем, используемых


151

представителями разных культур (особенности языковых и невербальных систем, элементов обще-ственного сознания).

Сейчас наиболее популярной схемой анализа коммуникации является трансакционный под-ход. Говоря иными словами, коммуникативное взаимодействие рассматривается как процесс взаи-мовлияния участников интеракции друг на друга, предполагающий постоянную ориентацию на ком-муникативное поведение партнеров, их готовность корректировать первоначальные установки в зависимости от изменения условий и контекста и т.п.

Следующий вывод, который можно сделать из наших рассуждений: контакты представите-лей разных культур порождают множество проблем, которые обусловлены несовпадением норм, ценностей, особенностей мировоззрения партнеров и т.п. Именно поэтому важно обращать внима-ние на причины барьеров коммуникации представителей разных культур, иначе мы неизменно столкнемся с культурным и коммуникативный шоком. В контексте наших рассуждений отметим, что существующие коммуникативные проблемы транс-формируются в барьеры при их устойчивом воспроизводстве в течение определенного периода времени.

Представители разных культур используют различные модели восприятия социальной действительности посредством символических систем, что находит отражение в используемых языковых конструкциях, стилях устной и письменной коммуникации. В большинстве случаев разли-чие стилей вербальной коммуникации не выступает барьером в межкультурных интеракциях, ти-пичной реакцией является адаптация респондента к новой языковой ситуации, толерантность к дру-гим стилевым характеристикам речи.

Более серьезные проблемы в межкультурной среде порождают, как мы отметили ранее, семантические барьеры. Именно при столкновении с людьми из другой культуры становятся оче-видными различия когнитивных схем, иногда имеющие следствием непонимание партнеров. Осо-бенности фонетико-фонологического, морфологического, лексического, синтаксического уровней разных языков неизбежно порождает трудности перевода и воспроизводства смысла обменивае-мых сообщений. Излюбленной темой многих лингвистов является описание коммуникативных не-удач при общении британцев и американцев из-за разных значений, которые они приписывают сов-падающим по форме словам. Сложности семантического характера в процессе межкультурной коммуникации, могут быть вызваны следующими моментами:

- Использование безэквивалентной или неполной эквивалентной лексики. Так, имя или фамилия персонажа литературного произведения могут иметь важное ассоциативное значение, содержащее культурологический элемент. Их адекватная передача может быть затруднительной. Например, Плюшкин, Митрофанушка, Sir Galahad, Humpty-Dumpty, Mr.Hide, Hobson.

Географические названия имеют постоянные соответствия. Однако для обеспечения ком-муникативной равноценности перевода иногда приходится отказываться от имеющегося соответст-вия. Это происходит тогда, когда данное соответствие в силу причин культурологического характе-ра не сообщает той информации, которая заложена в тексте оригинала. Так, название американ-ского города New Haven передается на русский язык как Нью-Хейвен.

Однако в контексте «He has graduated from New Haven» правильно было бы перевести на-звание города не прямым соответствием, а передать заложенный в нем смысл. В Нью-Хейвене на-ходится известный во всем мире Йельский университет. Если для ИЯ название города четко ассо-циируется с названием университета, то для получателя информации на русском языке этот факт может быть неизвестен. Поэтому перевод приведенного выше предложения мог бы звучать как «Он окончил Йельский университет».

В некоторых случаях при выборе варианта перевода приходится обращаться к знаниям ис-тории и общественно-политической обстановки, являющимся составной частью культуры. Напри-мер, в различных текстах слово abolitionist может переводиться по-разному. Так, если речь идет о периоде борьбы за освобождение негров в США, то на русский язык в таком контексте данное сло-во переводится как аболиционист, т.е. сторонник отмены рабства. Если же речь идет о периоде в истории США, когда там действовал «сухой закон», то слово abolitionist следует переводить как сторонник отмены «сухого закона». Если же данное слово имеет отношение к общественно-политической ситуации 70-х годов XX века, то это же слово следует понимать как сторонник отмены смертной казни.

- Разными значениями, приписываемыми эквивалентным словам. - Неоднозначностью интерпретации языковых выражений, обусловленной разными куль-

турными традициями: пойти попить кофе – пообщаться. Таким образом, за каждой лексической единицей стоит определенный образ языкового

сознания, включающий ряд компонентов, которые имеют разную ценностную значимость в разные исторические периоды. Поэтому предварительный глубинный анализ содержания образов языково-го сознания, который репрезентирован в тексте, является важным условием переводческой дея-тельности.

Здесь можно говорить о национальной специфике символического компонента в структуре значения слова. В качестве примера приведем значения тайны, секрета (кот в мешке) и отно-шения «хищник - жертва» (кошка и мышь) русских лексем кот, кошка и английской лексемы cat. В русской культуре кошка воспринимается как символ семьи, домашнего очага (напр., кошка да баба в избе, мужик да собака на дворе), а в английском языке кошка является символом опасности (напр., put a cat among the canaries (the pigeons) – вызвать переполох, наделать шуму, произвести сенсацию).


152

Русские лексемы лошадь и конь имеют символическое значение рабочей силы, связанной с хозяй-ственной деятельностью человека (напр., кто в кони пошел, тот и воду вози). В английском языке лексема horse воспринимается как символ средства развлечений (скачек, охоты). Например, a good horse cannot be of a bad colour.

Несовпадение правил вербальной коммуникации в российской и западноевропейских куль-турах может быть смягчено попыткой понять друг друга, а более всего – терпимостью к подобного рода ошибкам.

Таким образом, различия языковых систем представителей разных культур могут создать определенные трудности в процессе межкультурных взаимодействий. Как язык, так и культура яв-ляются плодами творческой ментальной деятельности человека. Их развитие всегда происходит путем взаимодействия. Языковое общение во многом определяется ориентацией коммуникантов на ценности и регулятивы, существующие в той или иной культуре. Язык впитывает в себя все богат-ство культуры и, конечно же, играет очень важную роль в диалоге культур.

Следующий вывод, который вытекает из наших рассуждений, сводится к следующему: культурологический аспект межъязыковой коммуникации в современном мире базируется не только на понятии культуры как совокупности и общности культурных ценностей народа (памятников ста-рины, литературы, живописи, архитектуры, музыки, произведений искусства и т.д.), но в значитель-ной мере, включает изучение, описание и интерпретацию национальных традиций носителей языка, способов и формы общения, специфики поведения, мышления и восприятия окружающей действи-тельности.

Опыт осмысления проблем межкультурной коммуникации может оказаться полезным для российских организаций, функционирующих в сфере высшего образования и включенных в диалог между Россией и Западом.

Расширение поля межкультурных взаимодействий в современном мире является основным импульсом исследований по данной проблематике, направленных на повышение эффективности коммуникации. Она становится зависимой переменной не только от степени культурных различий партнеров, но и их установок на преодоление барьеров коммуникации, готовности к достижению консенсуса относительно моделей взаимодействия в поликультурной среде Список литературы

1. Като Ломб. Как я изучала иностранные языки. М.: Наука, 1978. 2. Попова Т.Г. Языковое сознание как основополагающий фактор общения// Речевая дея-

тельность. Языковое сознание. Общающиеся личности. XV Международный симпозиум по психо-лингвистике и теории коммуникации (30 мая -2 июня 2006 г.): Доклады. М.: РАН Институт языкозна-ния, 2006.

3. Popova G., Tat'jana. Kulturnye i kognitivno-semantičeskie zakonomernosti perevoda/ Попова Т.Г. Культурные и когнитивно-семантические закономерности перевода// Riječ (časopis za filologiju), Rijeka, 2009., god. 15., sv. 1. –

4. Fox, Kate. Watching the English. – Moscow: RIPOL, 2008. – 382 p.

РАЗРАБОТКА УЧЕБНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО АНГЛИЙСКОМУ ЯЗЫКУ

В КОНТЕКСТЕ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТА-ЛОГИСТА В НЕЯЗЫКОВОМ ВУЗЕ

Стычкова В.И., Воронкова С.О., Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева

Данная статья посвящена проблеме нехватки учебных материалов по английскому языку для студентов-логистов и разработке нового пособия на основе моделирования профессиональной деятельности в контексте обучения иноязычной речи.

Культура России в настоящий момент ориентирована на человека и на гуманистические ценности, такая гуманизация неизбежно коснулась и сферы образования. Это предполагает, что независимо от будущей специальности человек становится в центр процесса обучения. Владение иностранным языком становится неотъемлемым качеством культурного, образованного человека. Объективной причиной повышения интереса к овладению иностранным языком является установ-ление тесных контактов с зарубежными странами, развитие международных связей, компьютериза-ция современной жизни.

Субъективная причина состоит в том, что владение иностранным языком рассматривается как важное качество, свойство личности. Знание иностранного языка является обязательным при освоении многих специальностей. Сегодня выпускники высших учебных заведений должны соот-ветствовать довольно высоким требованиям, к числу которых относится и хороший уровень владе-ния английским языком. Данный фактор часто играет большую роль при принятии молодого спе-циалиста, выпускника-логиста на работу.


153

В связи с этим, многие преподаватели иностранного языка в ВУЗе склонны воспринимать английский язык лишь как цель обучения. Это не случайно. Сейчас должность логиста со знанием английского языка востребована как никогда. Причинами столь высокого спроса являются динамич-ное развитие и стремительный рост современных компаний, расширение географии бизнеса, уве-личение скорости оборотов, появление на общероссийском и региональных рынках мировых сете-вых компаний. Соответственно, рабочие программы по курсу «Английский язык для логистов» раз-рабатываются с целью поднять существующий уровень владения языком у студентов на новую сту-пень, обогатить словарный запас специализированной лексикой, охватывающей по возможности все сферы логистики, то есть передвижение товара от поставщика сырья до покупателя; ознако-мить с особенностями официально-делового общения на английском языке, равно как и с отличи-тельными чертами составления письменных документов, что и было принято во внимание при со-ставлении учебного пособия «Логистика».

Однако, в нашем пособии «Логистика» мы хотели бы подчеркнуть, что одной из особенно-стей иностранного языка как учебного предмета является то, что язык может выступать не только целью обучения, но и средством. Обучаемый усваивает наиболее легкие языковые средства, овла-девает разными видами речевой деятельности, которые до определенного момента выступают це-лью обучения, а затем используются им для освоения более сложных языковых действий, то есть являются уже средством обучения.

Обучение иностранному языку является эффективным средством формирования личности учащегося, так как язык непосредственно влияет на умственное развитие человека, расширяет его кругозор, что особенно важно для студентов специальности «Логистика», поскольку доказано, что ум логиста должен быть достаточно гибким для того, чтобы справляться с разноплановыми зада-чами, воспринимать и анализировать поступившую информацию, планировать дальнейшие дейст-вия, прогнозировать возможные последствия.

В связи с этим, на занятиях английского языка при пилотировании учебных материалов мы формировали у студентов-логистов профессиональных умений, применяемых в специфических ситуациях профессионального общения. Основной предпосылкой развития профессиональных умений, связанных с речевой деятельностью, является включение учебной деятельности по ино-странному языку в аналог будущей профессиональной деятельности: моделирование в учебных ситуациях иноязычного общения процессов решения профессиональных задач. Модель принятия решения ориентирована на совмещенную учебную деятельность – языковую и предметно-профессиональную, в которой создаются условия для формирования профессиональных умений.

Совмещенная учебная деятельность представляет собой такую форму организации учеб-ной активности студентов-логистов, при которой один вид деятельности выступает средством ре-шения профессиональных задач другого. При организации совмещенной учебной деятельности практические цели подчиняются установкам более широкого плана – в первую очередь формиро-ванию профессиональных умений обучаемого, развитию его профессиональной компетентности и навыков социального взаимодействия. В условиях совмещенной учебной деятельности происходит накопление профессионального опыта в его предметном и социальном аспектах, который обеспе-чивает готовность будущего специалиста к самостоятельному труду.

В совмещенной учебной деятельности в ситуации моделирования профессионального иноязычного общения обучаемый выступает субъектом двух деятельностей: собственно профес-сиональной и иноязычной речевой. Основными предпосылками совмещенной учебной деятельно-сти является профессиональная потребность обучаемого в приобретении опыта в осваиваемой профессиональной деятельности и коммуникативная потребность, побуждающая его иноязычную деятельность.

Подобное моделирование профессиональной деятельности на занятиях по иностранному языку должно создавать условия, необходимые для интегрирования предметного содержания бу-дущей профессиональной деятельности и иноязычной речевой деятельности, развивать и повы-шать компетентность обучаемого через его включение в модель профессиональных задач, тре-бующих для своего решения комплексного применения знаний по нескольким дисциплинам, в том числе по иностранному языку, а также формировать способность самостоятельно действовать, и принимать адекватные решения в различных профессиональных ситуациях.

Такая совмещенная учебная деятельность должна соответствовать целям профессио-нальной подготовки студентов-логистов, которые определяются характером и содержанием логи-стической деятельности. Во-первых, это развитие интеллектуальной сферы, что предполагает раз-витие познавательного и творческого мышления, памяти, внимания, сообразительности, гибкости ума. Во-вторых, одной из целей профессиональной подготовки является развитие мотивационной сферы, то есть формирование потребности в знаниях, осознание профессиональной важности дис-циплины, формирование мотивационной готовности к профессиональной деятельности. В-третьих, большую роль также играет развитие сферы профессиональных умений – перцептивных, инфор-мационных, аналитических, прогностических, коммуникативных.

Поскольку специальность «Логистика» вводится в неязыковых ВУЗах, то целью обучения английскому языку является достижение уровня, достаточного для практического использования английского языка в будущей профессиональной деятельности. Иностранный язык для студентов-логистов может быть не только объектом усвоения, но и средством развития профессиональных качеств. Это предполагает профессиональную направленность не только содержания учебных ма-териалов, о чем говорилось ранее, но и деятельности, включающей в себя приемы и операции, формирующие профессиональные умения студентов-логистов. Такая профессиональная ориенти-


154

рованность ставит перед преподавателями иностранного языка задачу научить будущего специа-листа, на основе межпредметных связей, использовать иностранный язык, как средство информа-ционной деятельности, как средство систематического пополнения своих профессиональных зна-ний, а также, как средство формирования профессиональных умений и навыков по следующим ас-пектам эффективной организации цепи поставки: транспортировка, контейнеризация, складирова-ние, аутсорсинг, автоматизация логистического цикла, которые отражены в разрабатываемом нами пособии «Логистика».

Таким образом, обучение иностранному языку в техническом ВУЗе для всех специально-стей, включая логистику, должно быть профессионально ориентированным и коммуникативно-направленным.

В методике преподавания иностранных языков традиционно выделяют 4 вида речевой деятельности: продуктивные – говорение и письмо, и репродуктивные - чтение и слушание или ау-дирование. Все эти виды деятельности способствуют формированию профессиональных умений и навыков студентов-логистов, поскольку требуют от них самых разнообразных мыслительных опе-раций: сравнения и обобщения, абстрагирования и конкретизации, причем репродуктивные или перцептивные виды деятельности направлены на анализ информации, а продуктивные – на синтез. Именно по этой причине разрабатываемое пособие является интеграцией всех четырех видов ре-чевой деятельности.

Чтение и слушание обеспечивают познавательную функцию языка: они связаны с текстами в устной или письменной форме, которые несут определенную информацию, то есть умение читать и слушать тексты на иностранном языке открывают студентам-логистам доступ к новым источникам информации, позволяет расширять свои знания и удовлетворять интеллектуальные, профессио-нальные и коммуникативные потребности, самостоятельно совершенствовать свое профессио-нальное мастерство. Говорение и письмо на иностранном языке позволяют студентам-логистам выразить свое отношение к фактам, событиям, явлениям общественной жизни, дать им оценку, высказать аргументирование мнение по поводу прочитанного или услышанного. Цель такой работы – наполнить учебную деятельность конкретным, актуальным содержанием, отвечающим требова-ниям профессиональной ориентированности и коммуникативной направленности учебного процес-са.

Говорение, письмо, чтение и аудирование являются также и инструментом решения про-фессиональных задач, то представляется возможным построить процесс обучения иностранному языку с использованием моделей типичных ситуаций, имитирующих внутреннюю организацию про-фессиональной деятельности и способы поведения специалиста. Таким образом, в процессе обу-чения по разрабатываемому пособию, студенты-логисты овладевают не только иностранным язы-ком, но и способом решения профессиональных задач. Список литературы

1. Мухина В.С. Возрастная психология. М.: 2003 2. Рыбкина А.А. Педагогические условия формирования профессиональных умений курсан-

тов учебных заведений МВД в процессе обучения иностранному языку – Саратов, 2005 3. Якиманская И.С. Личностно-ориентированное обучение в современной школе. М.: 1996.

USING PORTFOLIOS IN UNIVERSITY-LEVEL EFL Frolova Inna

Generally speaking, the aims of teaching do not change over the centuries: teaching is all about imparting knowledge, developing the necessary skills and nurturing the personality of the learner. But alt-hough the aims remain immutable, the ways and methods of achieving them are constantly changing. Each generation searches for its own approaches to instruction but only a small proportion of the new methods enter the general bank, and it’s not until after many years that their success may be confirmed with any certainty.

It appears that the portfolio method is one of such happy discoveries. Developed in the United States in the 80s (or even earlier, according to some sources), the portfolio method quickly spread to other countries and reached Russia in the middle of the 90s. At present, it is steadily gaining ground in Russian schools and universities, as well as in teacher training situations (Smetannikova, 2004; James, 2001). This article sums up my experience in using portfolios with advanced EFL classes at International University in Moscow (humanitarian). In 2003 I presented a paper at the 18th international conference of SPELTA (St.Petersburg English Language Teachers’ Association), and in 2005 I published an article ‘Student Port-folios’ in the International University in Moscow research journal (Frolova, 2005). The aim of the present article is to encourage teachers who are unfamiliar with the portfolio method, or for some reason do not use it in their work, to give it a chance and try it with their classes. Portfolio as a way of continuous assessment

So, what is a portfolio? It is, commonly, a folder or binder where the student files his works com-pleted during the term with a short explanation of what he has learnt from this or that task. Since language


155

teaching involves not only teaching the language but also various skills, such as reading, listening com-prehension, writing, speaking, academic and professional skills, all this must find its reflection in the stu-dent’s portfolio. But a portfolio is more than a representation of a student’s works, it is, more importantly, a way to measure his learning progress. A portfolio is one of the creditable methods of continuous assess-ment.

Continuous assessment, as opposed to traditional summative assessment, came into ELT on the wave of cognitivism. The 80s in the USA were marked by an acute disappointment in neo-behaviourism and its ways of testing knowledge. Multiple-choice tests, the creation of neo-behaviourism, sought to pre-sent an objective picture of a learner’s performance comparing it against the level of his peers or some learning ideal. They were ideally suited for education controlling authorities, for whom a learner is primarily a statistical unit: the Ministry of Education, inspectorate, school boards. The advent of cognitive methods into teaching shifted the focus of instruction to an individual learner. The new philosophy required tests which would put the point of reference in the learner himself and not some abstract ideal. It required tests that would compare a learner’s today’s level of knowledge with his yesterday’s level, allowing to assess his individual progress and development. This approach was more elusive than traditional summative as-sessment, more drawn out in time and less capable of formalisation. It received the names of continuous, formative, ongoing informal assessment.

Among its many progeny were: learners’ diaries, readers’ journals, all kind of project work, from fairly simple and specific projects to more ambitious activities crowning the term work, such as a mock trial or a play production, or a complex multi-role round-table discussion on a topical social or political issue. But perhaps the greatest achievement of the new approach was the expansion of the traditional framework of assessment and introducing into it self-assessment and peer assessment. The mark ceased to be the monopoly of the teacher but absorbed the learner’s mark. The voice of the learner was finally heard. All this led to a greater involvement of learners into the process of instruction and sharing responsibility for success and failure. The portfolio method took its rightful place in the array of new methods.

Now, after so many years, it can be safely asserted that all these and other innovative methods did not drive out traditional summative forms of assessment but rather supplemented and enriched them by placing the learner into the centre of instruction. Portfolio types

There are basically two types of portfolio: Achievement (‘Accountability’, ‘Best-Work’) and Owner-ship (‘Growth and Learning-Progress’) portfolio.

The first type, the achievement portfolio, gained a great popularity in the 80s in the United States. Made up only of best works of learners, it focused on providing evidence of specific types of accomplish-ments that have been attained during the school year. It was a sort of a show-case that could impress oth-ers: the teacher, the parents, the school board, the controlling bodies. It was so successful that the Ameri-can Ministry of Education introduced this type of portfolio into the state schools’ curricula. However, in the experience of one American state, where both the content and organisation were mandated by the state education department, it was not uncommon for all portfolios from the same class to look nearly identical! Contrary to the expectations, portfolios soon became just an ‘add-on’ to the existing classroom activities and just another part of a state school’s accountability system. (Nitko, 1996, p. 280). All this, obviously, led to a disappointment.

Unlike the first type, undermined by a desire to impress others, the ownership portfolio is more of a working tool ‘for internal use’ only. It contains both achievements and failures, focusing on products and work that appear at intermediate stages in the course. Its objective is to allow the teacher and, first of all, the student to see areas of achievement and those in need of improvement. And as it contains the stu-dent’s explanations of what he has learnt from each particular task, it provides a valuable record of the student’s past and present conceptual thinking about the subject matter. It was this form of portfolios that gained recognition in Russia. Portfolio structure

The ownership portfolio usually consists of three, sometimes four, sections. The first, a Profile, usually takes one or two pages where the student presents himself: what he is

studying, his interests and aims in life, his university and friends, his individual style of learning and so on. It is often accompanied by photos or drawings.

The second, a Collector, contains materials provided to the learner by the teacher: course re-quirements, guidelines, samples, credit requirements, checklists, etc. – in other words, everything that can help the learner achieve the course aims. Students can add their own materials or samples to the Collec-tor. In my experience, there have been situations where a student asked for permission to include his peer’s work because, as he maintained, it had contributed to his learning. And, of course, guidelines on making a portfolio should also be placed in the Collector.

The third section, Completed Works, comprises a student’s works completed during the term. The content, of course, will depend on the course content. A portfolio may contain, for example, written exer-cises, creative writing, translations; various representations of text compression – notes, tables, mind maps; answers to listening comprehension exercises; a student’s own handouts for a book report or presentation; photos taken at a mock trial or a speech written for it, etc. Similar assignments can be filed together, but it is important that the student in-cludes both failures and accomplishments, testifying to his learning progress.

The fourth (optional) section focuses only on the student’s achievements. Portfolios can be used at all levels of instruction – from elementary to advanced. In a directed portfolio, the teacher determines


156

the specific items to include. In an open portfolio, when students can take on more responsibility for their own learning, the teacher provides minimum requirements and allows students to select the entries. Reflection

However, all the above does not exhaust the portfolio use. Far from it: the whole process of col-lecting and selecting the material was only a preamble to the most important stage in the portfolio creation. Now the student has to analyse each task in terms of its learning target and value, and write his observa-tions on an Entry Caption, which he then affixes to the entry. And it turns out that this task often puzzles students unused to reflecting on their own work. The student is faced with a number of difficulties of which he is often not even fully aware.

The first, and quite common, problem is linguistic: the student simply lacks the language re-sources to express his thoughts in adequate English. The second problem, encountered at all levels of language proficiency, is meta-cognitive: students are not used to analysing their work in cognitive terms, they lack both the meta-language and the necessary skills. The third problem is psychological: for some, it is overestimation or underestimation of their own work; for others – unwillingness or inability to evaluate their work in any way. In the first case, a student highly overrates his achievements and dismisses his fail-ures as mere blotches on an otherwise excellent picture. His opposite number, on the contrary, is only fixated on failures and underrates his own accomplishments. But what is common for both of them is that they are their own judges, with the teacher’s voice counting for very little. By contrast, there is a category of students who are convinced that the mark is ‘the teacher’s job’. Such students are precluded from a realistic self-assessment because they lay the performance criteria entirely outside themselves. Given all these difficulties, the portfolio is precisely the instrument that helps students to gain a realistic perception of their own work and to take responsibility for their studies, with the help and support from the teacher.

If students are not taught reflection, they usually either make value judgments (‘liked/didn’t like’ the task) or simply describe how they worked on the exercise (‘did this and that, in such an order’). To prompt self-reflective activities the teacher can offer the students the following checklist: What was the learning target of this exercise?

1. What problems did I encounter? 2. What did I learn from this exercise? 3. What do I need to do to improve further?

Examples of students’ reflection I introduced portfolios in my classes of advanced second- and third-year students at International

University (in Moscow). The course centred on teaching English for law but one of my specific objectives was to acquaint students with some learning strategies and reflective activities. Here are some (unedited) examples of what students wrote by way of commentary on their own work.

To a reading comprehension exercise: Sveta R. ‘Very difficult exercise for me: first you had to find the right answer in the text and then to

formulate it in your own words. I had problems with logic (theme – rheme). But finally I learnt how to do it.’ Nastya K. ‘At first I wrote very long answers though some moments were not necessary. I worked

on it and finally learned to find the main point. It helped me to give short and correct answers.’ To an exercise teaching how to make mind maps: Masha K. ‘One of the most important assignments in the course. The aim of this task is to teach

us to present the text in the form of a short and clear scheme, so that we can remember it better and re-turn to it without reading the text again.’

Lena S. ‘I think I made a good mind map because I used a lot of images, which helps remember the text better. And I put the main concept in the centre.’

Julia G. ‘Aim – to fit all important points on one page. Skill – to learn to see the main points in the text. After several tasks of this type I practically succeeded.’

On the handout with questions about the story ‘Privilege’ by F. Forsythe: Andrei M. ‘Very interesting case. Everything in my work was logic and clear. I have understood

fully what was Mr Chadwick’s plan. The only disadvantage is some grammatical mistakes.’ Lilia D. ‘Answering questions about texts can be useful for paying more attention to the details

which are usually disregarded while reading.’ On the back of a photo from a mock trial: Marina A. ‘Trial is a brilliant way for a) the material to sink in, b) for everyone to display (develop)

actor abilities, c) for everyone to enjoy.’ On the slip with own questions to a discussion on a legal topic: Anya S. ‘This was my first seminar [discussion] and it was rather difficult to prepare for it. It taught

me not to read every question that follows, but just to talk on the topic to the group.’ Maya D. ‘The aim – to develop communicating skills and ability to express oneself clearly. Main

difficulty – to formulate questions clearly. I think I coped with the task well. It was interesting for me to work on it.’

Marina A. ‘I found out that giving an interview [press-conference] to the group is difficult but mak-ing other people talk during the seminar [discussion] is even more difficult but it is possible! I haven’t fin-ished my seminar because I didn’t pay attention to the time. So, I learned to keep with the time.’

By systematic observation of the learning process, their failures and achievements students grad-ually get accustomed to analyzing their own work in more objective terms. As Maricel G.Santos says, ‘Re-flection is the activity by which students develop and express their own voice in the portfolio’ (Santos, 1997, p. 11). But they cannot be left on their own, groping their way in the dark, they need help from the teacher to develop the meta-cognitive and communicative skills to document their reflections.


157

Evaluating a portfolio When portfolios are ready, the question arises: what do you do with them? Take them home, read

through and return with a mark? But then it would be just another form of summative assessment, and a portfolio will be ‘just another task’ little different, apart from reflection, from the others. This solution can hardly contribute to the sense of ownership which a portfolio usually generates.

Perhaps, the best solution is a round-table discussion at the end of the term, where each student is given three or four minutes to present his portfolio to the group. Such sessions usually take about 40 minutes and are conducted after all traditional forms of assessment, such as written and oral tests. The form of the presentation is not formalised: students usually show the group what they have included into the portfolio and explain why; they speak about their problems and achievements, about the acquired knowledge and skills. It is difficult to overestimate the educational value of these discussions: while one student is talking, the others listen with great interest, rating the speaker and themselves on the achieve-ment scale, learning how best to compile and present a portfolio, and acquiring new ways of conceptual thinking along the way. As someone has justly noticed, ‘students learn not so much from the teacher but from each other’. This truth finds its clearest manifestation during these discussions.

After each presentation the teacher asks the presenter several questions: - What mark would you give yourself for work in this term? - Why? - What do you need to work on further? - How are you going to do that? - How can I or your fellow students help you? - Do you have any questions to me? After this the teacher may invite comments from the group but experience shows that these com-

mentaries are often merely examples of bad advocacy. Students need to be taught how to give feedback on others’ work: for example, to learn to begin with a favorable statement but find something critical to say too; to be specific; not to pass judgment but speak about one’s personal impression; to prove one’s asser-tions; to point out only those things that can be improved; to be sincere and tactful at the same time.

After the exchange of opinions, the teacher tells the student his mark for the term. But quite often he does not even have to do that: students, as a general rule, are quite capable of adequate assessment of their diligence and performance in front of the others, and it only remains for the teacher to say ‘I agree’. In the case of a low mark, this approach relieves him of the role of an unsympathetic judge and translates the relationship into a more constructive plan (‘How can I or your fellow students help you?’). In the case of students who will never create a portfolio… well, an empty portfolio speaks louder than words. At the same time, public failure may stimulate a student into action, into harder work, and a success may give wings.

There remains a question of whether it is necessary to have an overall score for the portfolio. Be-cause portfolios are used for a wide range of summative and formative evaluation purposes, a single set of guidelines is difficult to devise. Some teachers like to give an overall portfolio performance rating of 1 - 2 - 3 or some other identification of the quality of the work. Another idea is to add a peer-evaluation activity before collecting the portfolios. This gives students one more chance to improve their final portfolio before submitting it for a final assessment. Equally, a teacher-student informal discussion can precede the group discussion described above. Whatever process is used, it is necessary to communicate it to the students before the beginning of the assignment to achieve a fair yet encouraging assessment.

In my view, this activity is best handled as informal formative evaluation. The teacher can give a tactfully expressed opinion based on the following criteria: the wealth of material, originality of presenta-tion, depth of reflection. But Anthony J. Nitko warns, ‘Although self-reflection appears to be a worthwhile instructional activity, it is not clear educationally that it is either desirable or appropriate to formally assess students’ ability to do these self-reflective activities. Self-reflection is a mental activity. Therefore, your as-sessment of this activity must be indirect’ (Nitko, 1996, p. 280). That is, not giving a mark, but gently guid-ing the student on the road of cognitive development. Benefits of the method

Since the paradigmatic shift of the 80s, which brought the learner into the centre of instruction, an overwhelming mass of articles and books has been written about learning styles, learning strategies, mul-tiple intelligence, study skills, learner autonomy and reflection, and so on – in other words, about the ne-cessity to teach to learn. Since the portfolio method is in the mainstream of these explorations, there is no sense in going over what has been said many times before. Let’s note the main things.

Portfolios provide a valuable source for teacher reflection: they help teachers to diagnose learning difficulties and decide whether any adjustments in the curriculum or teaching approach are necessary. But their value is evident not only to the teacher but to the student as well. A portfolio helps the student to see what he has been taught and what he has learnt, it helps him to compare his today’s accomplishments with yesterday’s achievements and track his progress in studies. Successful learning raises motivation, and motivation breeds further success.

Learner reflection enhances feelings of learner ownership of their work. If a student has grasped the idea, then every time he gets an assignment he will think what he needs to do in order to turn it into his achievement. How often, even after a very successful course, the student has virtually nothing to show for his effort. All his homework, creative essays, beautiful mind maps have dispersed into nowhere: something was lost, something was not returned by the teacher, something remains only in a draft copy. In this situa-tion a neatly organised portfolio is a positive, material proof of the learner’s achievements and an immate-rial stimulus for further success.


158

But, perhaps, the most important benefit of a portfolio use is the promotion of learner reflection. This has been noted by many researchers: M.Gottlieb, J.M.O’Malley and L.Waldez Pierce, D. Schön, S.Brookfield and others. Reflection brings many things to the surface. Students become better aware of the language learning process and the existing styles and techniques of learning. With the help of intro-spection and regular self-assessment they come to know themselves better and comprehend their own learning style. Reflection helps the student to diagnose his learning difficulties and start thinking how to overcome them. It can help him choose those learning strategies that are best suited for his learning style. And when a student has started thinking how to improve his work, this would mean: a) that he is already a more effective learner, and b) that he has taken responsibility for his own learning.

If a student learns to take a more objective view of his own work, this would mean that he has ac-quired a more realistic view of his abilities and performance, and therefore approaches his education not as a yesterday’s school child but as a grown-up mature individual. In other words, he has acquired learner autonomy and is capable of actively managing the process of his instruction, which is, perhaps, the ulti-mate goal of any education. Or, in the words of Confucius, ‘If you give a man a fish, you feed him for a day. If you teach a man to fish, you feed him for a lifetime’. References

1. Brookfield, S. (1995). Becoming a critically reflective teacher. San Francisco: Jossey-Bass. 2. Frolova I. (2005). Student portfolios. Тетради Международного университета в Москве 4,

pp. 210-216. 3. Gottlieb, M. (1995). Nurturing student learning through portfolios. TESOL Journal 5 (1), pp. 12-

14. 4. James, P. (2001). Teachers in action: tasks for in-service language teacher education and de-

velopment. Cambridge: CUP. 5. Nitko, A. (1996). Educational assessment of students. London: Prentice-Hall. 6. O’Malley, J. and Valdez Pierce, L. (1996). Authentic assessment for English language learners:

practical approaches for teachers. Reading, MA: Addison-Wesley. 7. Santos, M. (1997). Portfolio assessment and the role of learner reflection. English Teaching Fo-

rum 35 (2), pp. 10-15. 8. Schön, D. (1987). Educating the reflective practitioner. San Francisco: Jossey-Bass. 9. Smetannikova: Сметанникова, Н. (2004). Portfolios for teachers: профессиональный порт-

фель педагога. – Москва: УМЦ БЕСТТ.

ИЗУЧЕНИЕ ИНОСТРАННОГО ЯЗЫКА – НЕПРЕМЕННОЕ УСЛОВИЕ УСПЕШНОЙ МЕЖДУНАРОДНОЙ АКАДЕМИЧЕСКОЙ

МОБИЛЬНОСТИ Экарева И.Л., к.и.н., профессор, зав. каф. иностранных языков РЭА им. Г.В. Плеханова

Начало третьего тысячелетия выводит нас на новый этап исторического развития. Проис-ходят социокультурные трансформационные процессы по всем сферам культуры общества. Быст-рыми темпами изменяются традиционные представления о мире, культурных ценностях и нормах массового поведения в различных ситуациях обиходного, научного и делового общения. Все эти современные преобразования индивидуально личностного и общественного характера происходят на базе языковой культуры общения, совершенствования системы диалоговой, групповой и массо-вой коммуникации. В современных условиях развития общества, расширения международных кон-тактов специалистов в разных областях профессиональной деятельности возникла необходимость увеличения потенциала мировых коммуникационных систем, совершенствования профессиональ-ной мобильности специалистов в любой области знания.

Исследователи утверждают, что современный специалист должен систематически совер-шенствовать и профессиональную и языковую культуру, вырабатывать навыки и умения адаптиро-ваться к быстроменяющимся условиям новых отношений, чтобы проявить готовность к диалогу и ассимиляции в межкультурном пространстве. В нашу жизнь сегодня иностранные языки вошли, как неотъемлемая часть культуры, профессии, жизни в глобальном мире. Для студентов Российской экономической Академии им. Г.В. Плеханова язык – это еще и выход в их будущую профессиональ-ную деятельность, в которой международный аспект играет не последнюю роль.

Будущим экономистам, маркетологам, менеджерам, финансистам предстоит жить в гло-бальном мире и плодотворно сотрудничать с коллегами из зарубежных стран. Поэтому необходимо подготовить студента к овладению средствами межкультурной и профессиональной коммуникации для активного участия в академической мобильности.

Для успешного решения этой задачи важно, особенно на первом этапе, создать у студента мотивацию, стимулировать интерес к иностранным языкам, прежде всего, как к средству коммуни-


159

кации и доступу к мировой информации. При изучении иностранных языков, мотивация формирует-ся на основе личных целей, начиная с краткосрочной поездки за рубеж и использования иностран-ного языка в практических и карьерных целях и, заканчивая академическими обменами или акаде-мической мобильностью. Таким образом, академическая мобильность достигается только благода-ря иностранному языку, как средству межкультурной и профессиональной коммуникации.

РЭА имени Г.В.Плеханова одна из первых начала преобразование учебного процесса, что-бы с одной стороны готовить конкурентоспособных специалистов для экономики рыночного типа, а с другой - довести российскую высшую школу до международного уровня, что можно осуществить, в том числе, через развитие академической мобильности. Для этого было необходимо совершенст-вовать уровень языковой подготовки и студентов и преподавателей.

В 1994 году были осуществлены структурные изменения. Кафедра была поделена на язы-ковые программы. Каждую программу возглавил директор-координатор. Решения по всем стратеги-ческим учебно-методическим вопросам принимал Совет Директоров, возглавляемый заведующей кафедрой. Привнесение в организацию работы элементов современного бизнеса позволило по иному взглянуть на цели, задачи и пути их решения. Обучение иностранным языкам представляет-ся непрерывным процессом превращения знаний в умения и навыки как устного, так и письменного общения. Этот процесс должен быть дополнен профессиональной и деловой этикой, основами межкультурной коммуникации. В РЭА им. Плеханова этот процесс организован следующим обра-зом.

Завершив программу довузовской подготовки, студенты поступают на базовый курс, где в течение 1,5-2-х лет обучаются иностранным языкам, достигая уровня рабочего владения устной и письменной речью в рамках бытовых и общепрофессиональных ситуаций. Третий курс представлен программой “Язык бизнеса”, которая вооружает студента конкретными навыками работы на языке в деловой среде. Эта программа завершается экзаменом на Сертификат РЭА, удостоверяющий эти умения и навыки (деловая корреспонденция, телефонный разговор, переговоры и т.д.).

Студенты старших курсов, специализируясь в той или иной области экономики, осваивают программу “Язык специальности”, где акцент делается не только на том, чтобы научить будущих специалистов извлекать полезную информацию из иноязычных источников, но и дать представле-ние о правилах академического общения с зарубежными партнерами в рамках выбранной специ-альности. Заканчивается эта программа экзаменом, по уровню и формату, близким к международ-ному экзамену на Кембриджский Сертификат по языку бизнеса (BEC 2).

Программа подготовки аспирантов и соискателей ориентирована не только на сдачу экза-мена кандидатского минимума, но и является логическим завершением всего цикла языка специ-альности. Она обеспечивает будущего научного работника всем необходимым инструментарием для эффективного использования иностранного языка и в научной работе и для участия в семина-рах, конференциях и дискуссиях, т.е. всего того, что необходимо для успешной академической мо-бильности. Меняющиеся в связи с Болонской конвенцией структура и формы развития высшей школы подразумевают постоянный поиск инноваций, а быстро растущая на рынке рабочей силы конкуренция заставляет постоянно обновлять процесс обучения. Для кафедры иностранных языков РЭА такими инновациями и конкурентными преимуществами являются:

Организационная структура, объединяющая преподавателей иностранных языков не по языковому принципу, а по языковым программам, различающимся конечными целями обучения (программа довузовской подготовки, базового курса, языка бизнеса и будущей специальности) и Совет директоров

• программ, занимающихся выработкой стратегии развития кафедры, корректировкой учеб-ных программ, отработкой форм и методов контроля за учебным процессом и усвоением студентами учебных программ.

• Непрерывность обучения языку: довузовская подготовка - бакалавриат – магистратура - аспирантура. Выпускной экзамен каждого предыдущего уровня приближен к вступительно-му экзамену каждого следующего уровня.

• Уникальные методики, такие как методика поэтапного формирования умений и навыков, призванная стимулировать самостоятельное построение студентом языковых конструкций, метод анализа деловых ситуаций, преподаваемый в формате Гарвардской Школы бизнеса и т.д.

• Разнообразные языковые программы, из которых каждый студент может выбрать себе то, что ему профессионально нужно. Так обеспечивается индивидуализация обучения.

Студентам предлагаются следующие программы: «Обучение вторым иностранным языкам»; «Переводчик в сфере профессиональной коммуникации»; «Подготовка к сдаче международных экзаменов по английскому, немецкому, французскому и

испанскому языкам»; «Подготовка к международным экзаменам по различным экономическим специальностям на

английском языке». Одним из важнейших направлений развития отделения иностранных языков является подго-

товка студентов и преподавателей РЭА к сдаче экзаменов на международные Сертификаты: по английскому языку (BEC, IELTS), по немецкому языку бизнеса (Институт Гете), по испанскому языку (Институт Сервантеса), по французскому языку (культурный центр посольства Франции).

Международные экзамены обеспечивают конкурентные преимущества при поступлении на ра-боту или для продолжения учебы за рубежом. Кроме того, подготовка к международным экзаменам


160

позволяет студентам приобщиться к жестким требованиям, предъявляемым международным сооб-ществом к уровню знаний, умений и навыков в иностранном языке специалиста международного класса. Тем самым, уже с первых лет обучения в Академии студент готовится к участию в академи-ческой мобильности.

Развитие образовательных программ международного уровня выдвигает новые требования к отбору учебной и методической литературы. На протяжении всего периода обучения иностранному языку студенты работают с оригинальными учебниками, а на старших курсах - с профессиональной литературой на иностранном языке, используя ее для написания курсовых и дипломных работ.

Кафедра иностранных языков является полигоном для пилотирования и апробирования но-вейших учебников и учебных комплексов, включая компьютерные программы, предлагаемые зару-бежными издательствами российскому рынку. Издание собственных отраслевых пособий на ино-странных языках по специальностям Академии также приобрело новые черты. Последнее время к этой работе все чаще привлекаются специалисты-предметники, что придает выпускаемым пособи-ям более целенаправленный, практический характер.

Опыт наших международных программ «двойного диплома», где преподавание части предме-тов ведется на английском языке, распространяется в Академии и на другие факультеты, что тре-бует и от преподавателей английского языка, и от преподавателей специальных дисциплин даль-нейшего совершенствования в английском языке и выхода на международный Сертификат.

Как же организовать в вузе подготовку студентов и преподавателей для участия в программах академической мобильности?

Подготовка студентов и преподавателей к участию в академическом обмене носит многоплано-вый характер. Прежде всего, надо научить студента общению на иностранном языке: это и по-строение диалога, и культура речи, и умение воспринимать на слух речь партнера. Затем, наращи-вая специальную лексику, важно закрепить навыки делового общения, умения понять и записать лекцию, поговорить по телефону, написать деловое письмо и т.д., т.е. все формы письменной и устной коммуникации, используемые сегодня в деловой и академической среде. Особое значение в межкультурной коммуникации придается знанию истории, культуры, традиций и обычаев страны изучаемого языка. В этом помогает регулярно проводимая Неделя иностранных языков в РЭА, во время которой за рамками учебных занятий студенты самостоятельно готовят выставки, конкурсы, презентации, стенные газеты, Круглые столы, мини-конференции и даже театральные инсцениров-ки по произведениям зарубежных авторов. Организация деятельности студентов на иностранном языке во внеаудиторное время является одним из эффективных способов создать дополнительное языковое поле, где востребованы языковые навыки, полученные на занятиях. Кроме этого, такая работа расширяет кругозор и повышает общий культурный уровень студентов, что также необходи-мо для успешной академической мобильности.

Большое внимание уделяется формам промежуточного и итогового контроля усвоения учебно-го курса по иностранным языкам. Это, прежде всего, тесты, причем их большая часть осуществля-ется с помощью компьютерных программ, составленных преподавателями кафедры. Часть тестов размещена в Интернете. Это позволяет студентам, введя пароль, выполнить задания и получить объективную оценку в режиме on-line. При составлении тестов и контрольных работ преподаватели опираются на принятые в мировой практике задания. Таким образом, попадая на учебу в зарубеж-ные вузы, студенты чувствуют себя готовыми к такого рода проверке. Одной из эффективных форм контроля является подготовка и презентация индивидуальных и групповых проектов. Широко при-меняемая в академической и деловой практике, подготовка и презентация индивидуальных и груп-повых проектов весьма популярна среди студентов, т.к. в ней они видят средство использования иностранного языка в своей будущей профессии, конкретное применение на практике полученных знаний как языковых, так и профессиональных. Каждую весну в РЭА проходит вузовский и москов-ский конкурсы презентаций на иностранных языках среди студентов. Таким образом, одной из форм итогового контроля усвоения иностранных языков является их конкретное применение в практике профессионального общения через презентации компаний, как отечественных, так и зарубежных и их продукции. Эти навыки и умения являются непременным условием эффективной академической мобильности.

Ежегодно кафедра иностранных языков участвует в отборе студентов для поездки за рубеж, будь то стажировка, учеба или работа. Для этого преподавателями разработана программа собе-седования и тестирования, которая оценивается по бальной системе. Она предусматривает про-верку сформированности языковых навыков, необходимых для выживания и учебы в чужой стране.

Профессия должна востребовать иностранный язык. Необходимость создания условий для востребованности иностранного языка на старших курсах, когда количество контактных часов со-кращается, и увеличивается доля самостоятельной работы студента на иностранном языке, поста-вила серьезную задачу и перед преподавателями-предметниками. Чтобы помочь предметникам кафедра иностранных языков проводит регулярные занятия с ними, обучая их языку для профес-сиональных целей, что дает возможность коллегам с выпускающих кафедр также активно вклю-читься в международный академический обмен. Многие молодые преподаватели-предметники, на-чав с кратких аннотаций своих курсов на иностранном языке, пройдя обучение в наших группах, начали читать лекции и участвовать в международных образовательных программах, активно включившись в академическую мобильность. Некоторые успешно сдали экзамены на международ-ный Сертификат по своей специальности на английском языке. Такие преподаватели участвуют в Круглых столах, встречах с зарубежными коллегами, в аспирантских конференциях на иностран-ных языках, одним словом, активно сотрудничают с кафедрой иностранных языков. Политика Ака-


161

демии и решение Ученого Совета выдвигает в качестве требования ко всем молодым преподава-телям - рабочее владение иностранным языком, и ставит знание иностранного языка непременным условием приема на работу в Академию.

Таким образом, время, меняя приоритеты, выдвинуло кафедру иностранных языков неязыково-го вуза на одно из первых мест в развитии академической мобильности, что предусматривает по-стоянное повышение квалификации преподавателей иностранных языков.

Нужна эффективная система совершенствования как языковых, так и методических навыков преподавателя. Для него важно быть в курсе всех новинок учебно-методической литературы, но-вейших технических средств обучения, регулярно поступающих на рынок. Ну и самое главное – необходимо постоянно учиться, обновлять арсенал приемов и методов педагогического мастерст-ва, быть в курсе последних достижений в области преподавания языка бизнеса в стране и за рубе-жом. А это предусматривает академическую мобильность преподавателей иностранных языков.

На кафедре иностранных языков РЭА создана достаточно эффективная система повышения квалификации, включающая ежегодно организуемые зарубежные стажировки, сдачу экзаменов на международные Сертификаты, причем как языковые, так и профессиональные, семинары, прово-димые ведущими методистами Британского Совета и представительств зарубежных издательств, таких как Лонгман, Кембридж юниверсити пресс, Макмиллан, Оксфорд юниверсити пресс и др.

Хорошо себя зарекомендовала ежегодно проводимая зимняя Школа повышения квалификации преподавателей иностранных языков, вузов экономического профиля. Помимо встреч с коллегами из других учебных заведений, обмена опытом преподавания, преподаватели имеют возможность узнать и применить на практике последние достижения в области лингвистики, педагогики и мето-дики обучения иностранным языкам. Тематика Школ привлекает большое число участников. Это: «Система непрерывного обучения иностранному языку», «Использование технологий управления знаниями в обучении иностранному языку», «Язык и специальность», «Пути повышения мотивации студентов неязыковых вузов при изучении иностранных языков», «Новейшие технологии препода-вания иностранного языка, как средства межкультурного и профессионального общения», «От язы-ковой к профессиональной компетенции», «Языковая и межкультурная компетентность – конку-рентное преимущество выпускника экономического вуза» и др.

Для участия в работе Школы, помимо приглашения ведущих специалистов из МГУ им. Ломоно-сова, Педагогического университета и других московских вузов языкового профиля, приглашаются представители зарубежных вузов-партнеров, в частности, австрийского Центра повышения квали-фикации преподавателей иностранных языков, иностранные методисты и преподаватели. Это по-могает корректировать программу языковой подготовки студентов РЭА с учетом европейского стан-дарта и уровня международных требований, предъявляемых к преподаванию иностранных языков Европейским сообществом. Этот фактор представляется чрезвычайно важным, так как подготовка специалиста по таким программам делает возможным академическую мобильность и позволяет участникам обмена чувствовать себя комфортно, общаясь с зарубежными коллегами.

Корректировать программу позволяет и анализ обратной связи со студентами, участвующими в международных программах и обменах. Попадая на учебу за границу, наши студенты, по мнению зарубежных коллег, быстро ориентируются в уровне требований и легко адаптируются в иной сре-де, не испытывая серьезных языковых трудностей.

Изложенный выше опыт кафедры иностранных языков РЭА им. Плеханова по расширению возможностей студентов и преподавателей активно участвовать в академической мобильности по-зволяет обобщить некоторые рекомендации: 1. Изучение зарубежного опыта преподавания иностранного языка. - иностранный язык максимально приближен к реальной жизни; - основной акцент делается на различных формах общения устного и письменного - постоянный выход в практику делового общения через воспроизводство ситуаций, деловые игры, кейсы, презентации и т.д. 2. Постоянное внимание должно уделяться Программе по иностранным языкам, ее регулярной кор-ректировке и обновлению в зависимости от требований общеевропейского стандарта и потребно-стей российского рынка. Программа - «не догма, а руководство к действию». 3. Необходима грамотная организация учебного процесса, т.е. его непрерывность, логичность для студента, обеспеченность аутентичными материалами, современными техническими средствами, выход в реальную языковую практику через организацию самостоятельной работы, внедрение не-традиционных форм контроля. 4. Внедрение в учебный процесс различных форм и методов межкультурной коммуникации, начи-ная с истории, культуры, традиций и обычаев, и, заканчивая современным политическим и эконо-мическим положением страны изучаемого языка, ее партнерством с Россией. 5. Обеспечение востребованности знаний иностранного языка профилирующими кафедрами через: привлечение их к участию в академической мобильности, организацию для преподавателей–предметников занятий по иностранному языку, активное сотрудничество с кафедрой иностранных языков (издание общих пособий, проведение совместных мероприятий). 6. Совершенствование форм и методов повышения квалификации преподавателей иностранных языков через международную Сертификацию (стажировки, сдача международных экзаменов), уча-стие в международной академической мобильности для обмена опытом с зарубежными коллегами и корректировки своей деятельности в зависимости от быстро меняющихся мировых реалий.


162

СОДЕРЖАНИЕ

НАШИ ЮБИЛЯРЫ

Гусев Б.В., Добшиц Л.М.

ВЫДАЮЩИЙСЯ УЧЁНЫЙ, ПЕДАГОГ, ОРГАНИЗАТОР В ОБЛАСТИ СТРОИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

3

Зылев В.Б. 150 ЛЕТ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ Л.Д. ПРОСКУРЯКОВА 7 Косицын С.Б., Мещеряков В.Б., Криворучко Н.М.

К СТОЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ Е.С. СОРОКИНА 11

МОЛОДЫЕ УЧЕНЫЕ

Алексеенко Е.С.

О СПОСОБАХ СОКРАЩЕНИЯ СРОКОВ СТРОИТЕЛЬСТВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА В СЕ-ВЕРНЫХ УСЛОВИЯХ

12

Балаков В.В., Варавин Д.В.

СТРОИТЕЛЬСТВО И РЕКОНСТРУКЦИЯ ТРАНСПОРТ-НЫХ ОБЪЕКТОВ С ПОЗИЦИИ НАДЕЖНОСТИ

17

Варавин Д.В., Виницкая Т.П.

МНОГОМЕРНЫЙ АНАЛИЗ ОЦЕНКИ СИСТЕМЫ СТРОИТЕЛЬСТВА ТРАНСПОРТНЫХ ОБЪЕКТОВ

20

Волков Д.Э. ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧНОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА ДОРОГ

23

Грудский В.А. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ОПОР ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ МОСТОВ

24

Добранов А.Б., Варавин Д.В., Морозов А.И.

УЧЕТ РИСКОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТРАНСПОРТНЫХ ОБЪЕКТОВ

25

Дрючина И.Ю. МОРОЗОСТОЙКОСТЬ БЕТОНА 26 Ильина Е.В. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕ-

ЗОБЕТОННЫХ ШПАЛ 29

Кендюк А.В., Тарарушкин Е.В.

МОДЕЛЬ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УПРУГИХ ХАРАКТЕРИ-СТИК АРБОЛИТА И БИОПЛАСТИКА

32

Кендюк А.В., Тарарушкин Е.В

ПРИМЕНЕНИЕ ОРИГИНАЛЬНОГО ЛАБОРАТОРНОГО ОБО-РУДОВАНИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ПРЕССО-ВАННЫХ ОБРАЗЦОВ

38

Кирилина А.О ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ОГРА-ЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

41

Кирпичев А.И. РАЦИОНАЛЬНЫЙ ВИД АЛГОРИТМА ПРИ ПОСТРОЕ-НИИ ПЕРСПЕКТИВЫ ПО ОРТОГОНАЛЬНЫМ ПРОЕК-ЦИЯМ СРЕДСТВАМИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

42

Купцов А.С., Альтеев И.С., Коломеец Д.И., Сасов А.А., Сбитная Е.П

ВЫСОКОПРОЧНЫЕ БЕТОНЫ С УСКОРЕННЫМ НАБО-РОМ ПРОЧНОСТИ

44

Маламуд О.Б., Ким Е.В.

ВОЗВЕДЕНИЕ УНИКАЛЬНЫХ ЗДАНИЙ В РАМКАХ РЕА-ЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА СТРОИТЕЛЬСТВА МОСКОВСКО-ГО МЕЖДУНАРОДНОГО ДЕЛОВОГО ЦЕНТРА «МОСК-ВА-СИТИ»

46

Матвеев В.А. ФАСАДНОЕ ОСТЕКЛЕНИЕ 48 Меднов Е.А. АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ СТЕРЖНЕ-

ВЫХ СИСТЕМ ПРИ ВЫКЛЮЧЕНИИ ИЗ РАБОТЫ ОДНО-ГО ИЗ ЭЛЕМЕНТОВ

49


163

Михайлиди Д.Г. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДО-РОГ В СЛОЖНЫХ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ УС-ЛОВИЯХ

49

Мойко Д.С., Телятникова Н.А.

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЕКТАМИ. ЭТАПЫ И ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТОВ

52

Новиков Н.А. ОПАСНОСТИ ТЕХНОГЕННОГО, ПРИРОДНОГО И ЭКО-ЛОГИЧЕСКОГО ХАРАКТЕРА

54

Павкин А.В. МОРОЗОСТОЙКОСТЬ БЕТОНА И ОСНОВНЫЕ ФАКТО-РЫ ЕЕ ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ

55

Полтораднев А.С. ТОНКОСТЕННЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ БАЛКИ. ОСО-БЕННОСТИ КОНСТРУКТИВНОГО РЕШЕНИЯ И РАСЧЁ-ТА

57

Сафонов Ю.А. ПЕШЕХОДНЫЙ МОСТ В СЕУЛЕ (по материалам журнала фирмы VSL)

57

Семак А.В., Примачук А.В

АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА НА ПОВЕРХНОСТИ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ЦИЛИНДРА В ЛАМИНАРНОМ ВОЗДУШНОМ ПОТОКЕ

59 Семенова И.А КОММУНИКАЦИИ КАК СРЕДСТВО ОБМЕНА ИНФОР-

МАЦИЕЙ 62

Сериков А.А. ОПОРНЫЕ МУЛЬТИСЕРВИСНЫЕ СЕТИ НА ОСНОВЕ РАДИОРЕЛЕЙНЫХ ЛИНИЙ

64

Тановицкий Ю.Ю. НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОДОЛЬНЫХ БАЛОК ПРОЕЗЖЕЙ ЧАСТИ С БМП

65

Тарарушкин Е.В МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОЛУЧЕНИЯ ДРЕВЕС-НОГО МАТЕРИАЛА – БИОПЛАСТИКА

68

Тарарушкин Е.В. ОЦЕНКА ТИПА И ПЛОЩАДИ КОНТАКТА ДРЕВЕСНЫХ ЧАСТИЦ В БИОПЛАСТИКАХ

70

Титов В.Ю. СОВРЕМЕННЫЕ СЕЙСМОИЗОЛИРУЮЩИЕ И ЭНЕРГО-ПОГЛАЩАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

72

Титов В.Ю. ЯВЛЕНИЯ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ПОГРУЖЕНИИ СВАЙ 76 Тутаева Т.С. ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУН-

ТА СДВИГУ НА ОЦЕНКУ НАДЕЖНОСТИ УЧАСТКОВ ПУТИ НА ОПОЛЗНЕВЫХ КОСОГОРАХ, ДЛЯ ПОВЫШЕ-НИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПЕРЕВОЗОЧНОГО ПРОЦЕССА

80

Шавыкина Е.В. К ВОПРОСУ РАСЧЕТА ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ ВНЕ-ЦЕНТРЕННО СЖАТЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕН-ТОВ

82

Шмаков А.П. ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ РЕЛЬСОВ 84 Шмидт А.Д., Шмидт Д.Д.

ТРАНСПОРТНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО – СТРОИТЕЛЬСТ-ВО ДЛЯ ДОЛГОЙ И ЭФФЕКТИВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

85

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Бало Р.А. СПОСОБ АФИННЫХ ВЕКТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ

КООРДИНАТ 88

Гречаник А.В. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТАТОЧНОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПОД-РЕЛЬСОВОГО ОСНОВАНИЯ

89

Кондращенко В.И., Гребенников Д.А., Семак А.В., Костюк Т.А., Чан Тхи Тху Ха

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА МОДЕЛИ-РОВАНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ СТРУКТУ-РЫ МАТЕРИАЛА

91

Кондращенко В.И., Гребенников Д.А., Семак А.В., Костюк Т.А., Чан Тхи Тху Ха

ПРОГРАММА МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ДИНА-МИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛА

95


164

Костоусов А.Н., Виноградов В.В., Зайцев А.А

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИ-ЕНТА ТРЕНИЯ МЕЖДУ ГЕОСИНТЕТИКОМ И ГРУНТОМ В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ НА ОБЪЕКТЕ СТРОИТЕЛЬ-СТВА

105

Мелёшкина Т.Б. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРОВАЛООБРАЗОВА-НИЯ С ИПОЛЬЗОВАНИЕМ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕ-ЛЕЙ

108

Мелёшкина Т.Б., Зайцев А.А.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ГЕО-ТЕКСТИЛЯ

109

Романова В.М. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ АНАЛОГИИ, КРИТЕРИИ ПОДОБИЯ И МАСШТАБЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ

111

Романов Ю.И., Рюмин М.Г.

ИЗМЕНЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕ-МЕНТОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ НЕТОЧНОСТИ ИХ ИЗГО-ТОВЛЕНИЯ

116

Соловьёв Г.П., Антропова Е.А

МЕТОД РАСЧЕТА ФИБРОБЕТОННОЙ ПЛИТЫ ПОЛА 119

Спиридонов Э.С., Кайдалов В.Ю.

ВЫБОР МЕТОДОВ РАЦИОНАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ

123

Федоров И.А. ВОЗДЕЙСТВИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ЖИДКИЕ БИО-ЛОГИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ

128

ГУМАНИТАРНЫЕ НАУКИ

Дудникова Г.М. ЭФФЕКТИВНЫЙ УЧЕБНИК ПО ГРАММАТИКЕ ДЛЯ

СТУДЕНТОВ-ФИЛОЛОГОВ: ИЗ ОПЫТА РАБОТЫ

131 Крюкова О.П., Смольникова И.А., Харламов А.А.

РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРТНО – КОНСУЛЬТИРУЮЩЕЙ УЧЕБНОЙ СРЕДЫ НА ОСНОВЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ПЕРСОНАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКИ ПРЕ-ПОДАВАТЕЛЯ И УЧАЩЕГОСЯ

137

Лалова Т.И. О МОТИВАЦИИ СТУДЕНОВ 1-ГО КУРСА К ИЗУЧЕНИЮ ИНОСТРАННОГО ЯЗЫКА В ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ

140

Лягушкина Н.В. СТРАТЕГИЯ ПОСТРОЕНИЯ ДИАЛОГА С НОСИТЕЛЯМИ ДРУГОЙ КУЛЬТУРЫ (НА ПРИМЕРЕ ОБУЧЕНИЯ НАВЫ-КАМ ВЫРАЖЕНИЯ НЕСОГЛАСИЯ)

143

Плющёва О.Н. ПРЕПОДАВАНИЕ ИНОСТРАННЫХ ЯЗЫКОВ В ТЕХНИ-ЧЕСКОМ ВУЗЕ. ПСИХО- И СОЦИОЛИНГВИСТИЧЕСКИЙ АСПЕКТ

145

Попова Т.Г. ЯЗЫКОВЫЕ ПРОБЛЕМЫ В МЕЖКУЛЬТУРНЫХ ВЗАИ-МОДЕЙСТВИЯХ

147

Стычкова В.И., Воронкова С.О., Королева С.П.

РАЗРАБОТКА УЧЕБНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО АНГЛИЙ-СКОМУ ЯЗЫКУ В КОНТЕКСТЕ ПОДГОТОВКИ СТУДЕН-ТА-ЛОГИСТА В НЕЯЗЫКОВОМ ВУЗЕ

152 Frolova I. USING PORTFOLIOS IN UNIVERSITY-LEVEL EFL 154 Экарева И.Л ИЗУЧЕНИЕ ИНОСТРАННОГО ЯЗЫКА – НЕПРЕМЕННОЕ

УСЛОВИЕ УСПЕШНОЙ МЕЖДУНАРОДНОЙ АКАДЕМИ-ЧЕСКОЙ МОБИЛЬНОСТИ

158