ЗАПАС ПРОЧНОСТИ: ОПРЕДЕЛИТЬ И УВЕЛИЧИТЬ
В лабораториях ТГАСУ идет контроль надежности строит6льного комплекса
Это не просто учебная задача, испытания проходит реальная конструкция для реального дома. И от надежности стыка в конечном счете будет зависеть безопасность людей. Будущие инженеры-строители на практике видят, как рождаются и совершенствуются новые нестандартные инженерные решения. При этом студенты принимают непосредственное участие во всех этапах рождения новой конструктивной системы - от расчета и конструирования до внедрения в производство. Возможности, которыми располагает Томский государственный архитектурно-строительный университет, позволяют поддерживать в образовательном процессе высокий «инновационный градус».
ТРЕНАЖЕРЫ ДЛЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА
Исследовательский центр ТГАСУ, расположенный непосредственно при кафедре, - единственный в своем роде: ни в одном из строительных вузов России, включая московские и питерские, такого нет. Лаборатория, аккредитованная Госстроем, представляет собой, скорее, цех. Площадь более 700 квадратных метров, 25-тонный мостовой кран, прессы мощностью до 1000 тс, силовой пол (четыре ручья по 24 м), современный электронно-вычислительный измерительный комплекс.
Оборудование позволяет проводить здесь испытания любых железобетонных конструкций: плит различных модификаций, колонн, ригелей, опор, лестничных маршей. Исследуются не фрагменты или модели, а реальная продукция, выпускаемая предприятиями стройиндустрии Томской области, Кузбасса, других регионов Сибири. Пройдя испытания на прочность, трещиностойкость и соответствие другим требованиям, продукция получает сертификат. Это означает, что на рынке она будет пользоваться особым спросом.
- В реальных условиях конструкция работает при нормативных нагрузках, а на испытаниях мы доводим ее до разрушения, чтобы увидеть возможности, рассчитать запас надежности, - поясняет заведующий кафедрой «Железобетонные и каменные конструкции» профессор Олег Кумпяк. - Но самое главное то, что, участвуя в выполнении этих работ, наши студенты кроме теоретических знаний получают практический опыт исследователя на натурных конструкциях. Это очень важно для подготовки и становления специалиста.
...Магистрант второго года обучения кафедры «Железобетонные и каменные конструкции» Ахмад Дурнов со знанием дела рассказывает о том, что в данный момент происходит в лаборатории:
- Мы испытываем фрагмент сборного железобетонного каркаса: это колонна и навешанные на нее два ригеля. Сейчас узел испытывается на перерезывающую силу. Я начал заниматься этой работой со стыками на четвертом курсе. На первых испытаниях были выявлены недоработки, поэтому мы изменили армирование. Вместе с научными руководителями мною были написаны два патента на эти решения. В дальнейшем данные конструкции будут внедрены в производство.
ПО ПРИМЕРУ ФАРАОНОВ
Студенты проходят практику не только в исследовательском центре, но и на реальных объектах - зданиях и сооружениях. Одно из главных направлений работы кафедры связано с повышением эксплуатационной надежности железобетонных и каменных конструкций реконструируемых зданий и сооружений. На сегодня созданы научно-методологические основы, позволяющие оценить остаточную несущую способность конструкций, и предложены различные методы их восстановления и усиления. Ряд монографий и пособий, изданных на кафедре, рекомендован для всех вузов архитектурно-строительного профиля России.
Наработки ученых активно внедряются на территории всей Сибири. Каждый год специалисты (и студенты!) ТГАСУ исследуют техническое состояние 30-40 объектов. Так, совсем недавно закончено обследование насосных станций газопровода на севере Томской области. По их результатам даны рекомендации по восстановлению эксплуатационной надежности зданий. Отчеты по всему комплексу подобных исследований насчитывают до 400-500 страниц и включают в себя необходимые расчеты, технические решения, которые могут повысить «живучесть», долговечность и безопасность объектов.
Три здания на Северной площадке ТВЗ, общежитие ТПУ на проспекте Кирова, корпуса Томского государственного университета, недостроенная больница в Междуреченске (Кузбасс), объекты социального назначения в Томске - это далеко не полный перечень работ, выполненных только в последнее время. Не обходится и без изобретений.
- Мы проводили комплексное исследование строительных конструкций «долгостроя» в районе Томского аэропорта, многопрофильной больницы в Междуреченске Кемеровской области и других объектов, - рассказывает профессор кафедры «Железобетонные и каменные конструкции», доктор технических наук Василий Плевков. - Эти здания планируется достраивать в ближайшее время, поэтому необходимо было предложить новые, нестандартные, конструктивные решения восстановления и усиления конструкций, длительное время находящихся без консервации под воздействием сложных климатических условий и воздействий. Предлагаемые на кафедре конструктивные решения защищаются патентами. Так, только в 2008 году получено 12 патентов РФ.
В процессе длительной эксплуатации железобетонные конструкции зачастую подвергаются воздействию многих неблагоприятных факторов (агрессивная среда и др.), что приводит к снижению прочностных характеристик материалов. Нередко коэффициент запаса прочности конструкции не превышает значения 1,25. Это означает, что при превышении нормативной нагрузки всего на 25 процентов плита или ригель разрушится. Если коэффициент меньше единицы, это уже беда. А вот у пирамиды Хеопса, например, как говорит профессор Олег Кумпяк, запас прочности стократный. В наших же реалиях вопрос укрепления износившихся конструкций – жизненно важный. В ТГАСУ предложены и опробированы для этого самые оптимальные методы.
- На севере нашей области опоры ЛЭП идут по болотам, и сваи, забитые в торфяник, стали разрушаться уже через 10 лет, - приводит пример Олег Григорьевич Кумпяк. - Подъезда туда нет, а прерывать подачу электроэнергии на промыслы нельзя. Сначала планировалось отсыпать с вертолета площадку и забить сваи-дублеры. Мы предложили другой вариант: усилить опоры железобетонными тюбингами. Наши инженеры выполнили все работы прямо на месте. Затраты меньше в разы.
1000 СПОСОБОВ ИЗБЕЖАТЬ РАЗРУШЕНИЙ
Основное направление, в котором развивается научная школа на кафедре «Железобетонные и каменные конструкции» ТГАСУ, - исследования железобетонных конструкций при кратковременных динамических воздействиях большой интенсивности (например, взрывы газовоздушной смеси, ударная волна ядерного взрыва). По этой теме ежегодно защищаются диссертации, работают аспиранты и магистранты, издан ряд научных трудов совместно с НИИ Министерства обороны, расположенном в подмосковной Балашихе. При всей сложности формулировок значение этих исследований может понять каждый: конструкция может переместиться, получить чрезмерные деформации, но она не должна обрушиться на людей!
На кафедре также подготовлена серьезная монография по сейсмостойкости зданий и сооружений. Оказывается, с 2000 года Томская, Тюменская и Омская области перешли из разряда несейсмичных территорий в сейсмоопасные. Анализ показал: в мировой каталог вошли 407 землетрясений, происшедших в регионах Западной Сибири, а колебания в 6 баллов были зафиксированы всего в 120 километрах южнее Томска. При этом все предыдущее строительство, в том числе в нефтегазовом комплексе, велось по СНиПам, не учитывающим сейсмику. Что делать с этими зданиями и сооружениями? Какова их надежность при сейсмических воздействиях?
- Прежде всего, мы решили обратить внимание на главные корпуса ТЭЦ Кузбасса, Северска и Томска как стратегически важные объекты, -
говорит Василий Сергеевич Плевков. - Это очень сложные высотные инженерные сооружения с комбинированной системой обеспечения пространственной жесткости. Мы выполнили диагностику технического состояния конструкций, теоретические расчеты позволили установить запасы прочности конструктивной системы в условиях реальных силовых воздействий и фактического состояния конструкций. Предложили варианты повышения надежности социально значимых объектов в условиях сейсмического воздействия, которые нашли практическое воплощение.
***
...Испытания стыкового узла в исследовательском центре длятся несколько часов. Колонна с навесными ригелями испытывается на разные воздействия: изгибающий момент, растяжение, поперечную силу, кручение и так далее. Любые ситуации нужно смоделировать не только на расчетной схеме, но и экспериментально - только так можно выявить технологические ошибки и определить запас прочности. Если недостатки обнаружены, специалисты дорабатывают конструкцию, и испытание повторяется снова. Только при результате, соответствующем нормам, конструкция может быть принята к производству.
Согласно плану эксперимента, должно быть испытано три фрагмента узла сопряжения, ранее ту же процедуру прошли фрагменты колонн, ригели, натурная колонна, пустотные плиты. Все это - элементы несущего каркаса будущего дома, который Томская домостроительная компания планирует строить по новой технологии.
- Это будет высотное (порядка 21 этажа) многофункциональное здание, которое замкнет микрорайон Высотный на пересечении улицы Мичурина и Иркутского тракта, - рассказала главный инженер проекта Лидия Титова. - Высота всего здания - 75 метров, его будет венчать шпиль, а на последнем этаже расположится пентхаус с уникальным видом на город. Каркасная система - технологически новая не только для Томска, и сейчас в лаборатории нашего строительного университета мы поэтапно испытываем элементы и узлы несущего каркаса здания. После окончания данных исследований результаты отправим в головной научно-исследовательский институт бетона и железобетона Госстроя России. Потом завод ЖБК ТДСК начнет выпуск этих изделий. По сути, это совместная разработка нашей компании, москвичей и ТГАСУ, где нам помогают не только с испытаниями, но и с конструкторскими решениями, направленными на совершенствование продукции.
В Томске еще нет такого высокого здания. Станет ли высотка еще одной достопримечательностью нашего города, покажет будущее. Однако в надежности сооружения можно быть уверенными: контроль пройден в научно-исследовательском центре кафедры железобетонных конструкций Томского государственного архитектурно-строительного университета!
Наталья КИСЕЛЕВА
Журнал «Территория интеллекта» №7, январь 2009 год
