Как экономично построить свайный фундамент, упрочнить деревянные конструкции или возвести пролеты моста без опор – ответы на эти вопросы знают ученые.

Найден способ строить деревянные конструкции без металлической арматуры.

Ученые из Пермского Политеха создали метод строительства, при котором заменили металл на базальтовые волокна.

Традиционно для укрепления древесины используют металлические пластины или волокна, которые со временем ржавеют, а разница в жёсткости материалов приводит к деформациям.

Новый способ подразумевает применение базальтовых волокон, которые не подвержены коррозии: их смешивают с клеем и равномерно распределяют внутри швов между досками.

Испытания показали, что армированные базальтом образцы выдерживают на 9% большую нагрузку, чем обычные, разрушаются более плавно, что повышает безопасность конструкций, прочнее и долговечнее металла, не создают внутренних напряжений в древесине.

Разработана инновационная отечественная лестница гибридного типа.

Новаторскую лестницу создали специалисты Сергиево-Посадского производственного отделения «Мособлэнерго». Она существенно легче металлических аналогов и полностью исключает вероятность поражения электрическим током.

Идея заключалась в создании гибридной лестницы, верхняя часть которой выполнена из электроизоляционного пластика для защиты от тока, а нижние секции — из облегченного алюминия. Это позволило снизить общий вес изделия до 28 кг.

Успешное тестирование показало, что подобные разработки могут стать типовым решением для монтажных работ под напряжением, особенно в условиях ограниченного доступа к оборудованию.

Разработана концептуальная модель «зеленого» арктического города.

Ее создали ученые ТюмГУ. Модель интегрирует ключевые положения концепций: «устойчивый город», «экогород», «умный город».

Для создания жилых модулей рекомендуется природный биоразлагаемый полимер хитозан. Одним из вариантов теплоизоляции может служить природный мох, обработанный парами хитозана.

По мнению исследователей, на северных территориях необходимо использовать такие технологические решения, как строительные блоки «эко-лего», 3D-печать и сэндвич-панели.

Экологичность проявляется в максимальной встроенности в природную экосистему Арктической зоны России и предполагает сохранение биоразнообразия, минимизацию ресурсоемкости, использование источников энергии, минимально воздействующих на окружающую среду, биобезопасных материалов.

Устойчивость модели обеспечивается открытостью, жизнестойкостью, безопасностью. Технологичность выражается в использовании интеллектуального управления, инновационных решений для экономики замкнутого цикла.

Разработанная модель учитывает высокую чувствительность экосистемы к экстремальным внешним факторам: экологическим (суровый климат, высокое ультрафиолетовое излучение, полярная ночь, вечная мерзлота), социальным (низкая плотность населения, специфика демографической структуры, высокая доля вахтовиков, неравномерность хозяйственного и инфраструктурного освоения территории), экономическим (повышенные издержки на обеспечение жизнедеятельности).

Создан материал для повышения прочности дорог в Арктике.

Перепады температур в Арктике часто нарушают грунтовое покрытие, что создает риски для строящейся инфраструктуры. Исследователи из передовой инженерной школы Новосибирского государственного университета разработали и испытали биополимерный морозостойкий материал для повышения прочности дорог в Арктике – в результате перепада температур и цикла замораживания и таяния он лишь упрочняется.

Новый биполимерный материал планируют использовать для упрочнения около 100 километров автозимников и ледовых переправ.

Физики придумали, как защитить дома от землетрясений на Крайнем Севере.

Российские ученые из МФТИ и Института системного анализа РАН разработали новый вычислительный метод и ПО, способные с высокой точностью моделировать сейсмическое воздействие на многоэтажные здания, возведенные на свайных фундаментах в суровых условиях Крайнего Севера.

В основе предложенного подхода лежит сеточно-характеристический метод, хорошо зарекомендовавший себя при решении задач динамики сплошных сред. Однако его применение к столь сложным объектам потребовало нестандартных решений. Ученые разработали систему, использующую комбинацию различных типов вычислительных сеток.

Там, где геометрия относительно проста, применили стандартные декартовы сетки, расчеты на которых производятся быстрее. Для описания же областей со сложной геометрией, такой как искривленная поверхность просадки грунта под зданием или сами сваи, использовали криволинейные структурированные сетки, которые точно повторяют контуры объектов.

Важной особенностью метода является то, что эти криволинейные сетки могут быть неконформными по отношению друг к другу – то есть узлы одной сетки не обязательно совпадают с узлами соседней. Это дает дополнительную гибкость при построении модели, но требует специальных алгоритмов для обмена информацией между сетками, для чего авторы успешно применили линейную интерполяцию, что также дало экономию вычислительных ресурсов.

Одним из ключевых выводов стало то, что более короткие сваи, используемые, например, для двухэтажных зданий, требуют значительно большего запаса прочности по сравнению с длинными сваями. Также было отмечено, что использование окружающего грунта с более низкими упругими характеристиками чаще приводило к ослаблению несущей способности свай.

Улучшена технология «мокрого фасада», которая ускорит строительство зданий.

«Мокрый фасад» — это одна из самых популярных систем утепления зданий, и ее использование оказывает значительное влияние как на долговечность, так и на энергоэффективность дома.

Преподаватели строительного факультета Пермского Политеха совместно со студентами предложили новые методы фиксации утеплителя на бетонных панелях еще в производственном цехе, что позволяет транспортировать утепленные блоки более аккуратно и надежно. Благодаря этому можно избежать многих проблем, связанных с погодными условиями и ручным трудом на стройплощадке.

Первый метод основан на использовании пластиковой сетки с острыми выступами, которая втапливается в свежий бетон. После набора структурной прочности на эти выступы надевается утеплитель, который прочно фиксируется на поверхности бетона. Готовые панели транспортируются на объект уже утепленными. Для защиты утеплителя во время перевозки можно использовать рамные держатели или специальные упаковочные машины.

Второй способ предполагает использование установки «Термостенд», часто используемой в производстве. Она представляет собой прогреваемую платформу, которую строительные компании применяют для формования и термообработки изделий. Ученые предлагают использовать тарельчатые дюбели – специальные крепежные элементы, которые до затвердевания втапливаются в бетонную смесь, а после набора прочности на изделие хорошо закрепляется утеплитель.

Перенос основных этапов утепления в цех имеет ряд значительных преимуществ. Работы можно проводить круглый год без ограничений по температуре или осадкам, исключаются многие ручные операции, такие как очистка панелей и монтаж утеплителя. Процесс контролируется квалифицированными специалистами в условиях цеха, что минимизирует производственные ошибки. Сокращаются затраты на оборудование и материалы для временных конструкций на стройплощадке. Уменьшается время монтажа и количество рабочих.

Ученые нашли способ делать прочный асфальт из отходов.

Ученые Пермского Политеха изучили образцы буровых шламов с концентрацией от 0,1 до 6,2% опасных для окружающей среды веществ – нефти, нефтепродуктов, соединений хлоридов и тяжелых металлов. Одна часть шламов изучалась в исходном состоянии, а другая – после отмывки от пылеватых и глинистых частиц. Для оценки зернового состава образцы были высушены.

Минеральную часть буровых отходов для приготовления асфальтобетона целесообразно добавлять вместо традиционного порошка, а нефтепродукты в шламах подойдут как связующее для битума, чтобы он был более эластичным и устойчивым к высоким температурам. Для ясного понимания влияния добавления этого компонента на конечный состав ученые по очереди добавляли его в смесь при концентрации 4, 8 и 12%. Лабораторные испытания подтвердили, что оптимальное содержание шлама находится в пределах от 5 до 7%.

При этом речь идет именно о промытых образцах – они обладают высокой прочностью, водостойкостью и устойчивостью к нагрузкам, что указывает на схожесть с обычным минеральным порошком, а также отвечают требованиям ГОСТ. Такой подход решает проблему утилизации опасных отходов и помогает снизить затраты на производство стройматериалов.

Разработанный подход поможет улучшить физические и механические свойства асфальтобетонной смеси и снять экологические проблемы, связанные с захоронением буровых шламов.

Внедрение отходов бурового шлама в состав асфальтобетона позволяет эффективно использовать материальный ресурс его минеральной части, которая составляет более 60%, и применять нефть и нефтепродукты для формирования структуры асфальтобетона. При этом удастся снизить стоимость производства асфальтобетонной смеси примерно на 10-18%.

В Перми разработали программу для безопасного возведения зданий в плотной застройке.

В условиях плотной городской застройки возведение нового здания осложняется множеством факторов. Ученые Пермского Политеха разработали программу, которая позволяет быстро в полевых условиях определить минимально допустимое расстояние до существующего здания. По сравнению с ручными расчетами способ обеспечивает 95% точности.

ПО включает в себя пользовательскую форму ввода данных (свойства грунта, параметры свай и зданий), внутреннюю расчетную часть и форму вывода полученных результатов в удобном для специалиста текстовом виде.

На основе введенных характеристик программа рассчитывает минимально допустимое расстояние до соседних объектов, при котором их устойчивость не нарушится.

Предложен новый метод укрепления деревянных конструкций.

Ученые из Пермского Политеха и Пермского государственного аграрно-технологического университета имени академика Д.Н.Прянишникова предложили способ армирования, т.е. усиления древесины базальтовыми волокнами (тонкими нитями из расплавленного камня). Они были выбраны в качестве укрепляющего материала, т.к. не ржавеют, хорошо совместимы с деревом, не создают внутренних напряжений.

Подход предполагает смешивание с клеем и равномерное распределение волокон внутри изделия, клееного из доски – а именно, в швах между отдельными досками. Для проверки эффективности технологии сравнили образцы, укрепленные базальтовыми волокнами, с обычными. Затем на специальной установке прикладывали нагрузку сверху и изучали, через какое время материал не просто гнется под весом, а начинает ломаться.

Результаты показали, что армированные объекты выдерживают нагрузку на 9% больше, а разрушаются более плавно, что говорит о повышенной устойчивости к воздействиям. Базальт также обладает высокой стойкостью к коррозии и лучше сочетается с древесиной, чем металлическая арматура.

Методика позволяет укрепить прочность древесины для более обширного применения и выдерживания больших грузов, например, в мостах, многоэтажных зданиях или большепролетных конструкциях.

Ученые узнали, как снизить расходы при проектировании свайных фундаментов.

Ученые Пермского Политеха разработали программное обеспечение «CPTPileANN», которое решает эту задачу с помощью нейросети, позволяя получить необходимые характеристики, существенно снижая риски и затраты на дорогостоящие полевые испытания.

С помощью предлагаемого ПО можно заранее оценивать необходимую глубину фундаментов, рассчитывать несущую способность свай сечением от 30 до 35 см, строить графики зависимости нагрузки от осадки конструкции, а также прогнозировать ее будущее поведение.

Программа основана на данных статического зондирования и статических испытаний свай. При зондировании специальный зонд вдавливают в грунт и измеряют сопротивление на разных глубинах. Статические испытания свай — это проверка несущей способности свай при нагрузке. Ученые собрали и оцифровали архивные материалы более чем по 70 объектам и 180 сваям в глинистых грунтах. На их основе обучили нейронную сеть, которая предсказывает результаты испытаний свай по данным зондирования. В результате модель способна предсказать осадку с точностью около 28%, чего достаточно для предварительного расчета и проектирования фундаментов.

Пермяки повысили качество асфальта с помощью переработанного пластика.

Ученые ПНИПУ предложили новый способ приготовления смеси: перед соединением с битумом предварительно смешать ПНД с каменными материалами (щебнем, песком). Так частицы пластика распределятся равномерно, без комков.

Ученые сравнили образцы асфальтобетона, изготовленные данным способом, с образцами, произведенными по традиционной методике. При первом варианте смешивания равномерное распределение частиц ПНД в среде каменных материалов достигалось уже за 1–1,5 мин., в то время как базовый вариант требует от 10 мин. и больше. Исследования показали, что при приготовлении асфальтобетонной смеси старым методом коэффициент вариации, – т.е. то, насколько показатели асфальтобетона разных замесов отличаются друг от друга по прочности, – достигал целых 15%.

Это критично для дорожного покрытия, т.к. норма допускается примерно до 10%. Чем больше данный показатель, тем более неоднородная смесь будет выпущена, и тем меньше будет срок эксплуатации асфальтобетонного покрытия. Новый способ смешивания позволил снизить это значение до 2-3% и обеспечил большую стабильность показателей смеси при выпуске ее на асфальтобетонном заводе.

Результаты могут быть внедрены на асфальтобетонных заводах без значительной модернизации оборудования.

Мировой опыт: создан асфальт, который «пьет» воду.

Немецкие инженеры разработали покрытие из проницаемого асфальта, которое впитывает влагу, как губка: до 4 тонн воды за минуту.

Его главная инновация кроется в особом слое из пористого гранита, уложенного поверх сложной системы дренажных труб. Технология базируется на естественном принципе фильтрации: гранитный щебень пропускает влагу сквозь себя, не разрушаясь под ее напором. Подземные трубы собирают сток и отводят его подальше от проезжей части, исключая образование луж и наледей. Такая система не только эффективна, но и долговечна: рассчитана на десятилетия службы без необходимости частых ремонтов.

Разработку назвали образцом дорожного строительства будущего. Проект реализован на экспериментальном участке, и уже поступили запросы от муниципалитетов по всей Европе.

Белорусские инженеры спроектировали уникальный транспортный тоннель с безопорными участками 100 м.

Математическое моделирование показало, что наращивание длины пролета и прогиб конструкции находятся в кубической зависимости. А это вместе со снеговыми и ветровыми нагрузками сделает трассу непригодной для движения транспорта.

Увеличение пролета в 2 раза с сохранением оптимального прогиба стало осуществимым благодаря разработке транспортного мембранного тоннеля. Если ранее при проектировании трассы юнимобилей инженеры включали струну в состав рельса, то теперь ее вынесли наружу: провели вдоль раскосов с двух сторон ферменной эстакады. Вес тоннеля передается на преднапряженные канаты с помощью опорных узлов, которые можно регулировать по высоте. Таким образом обеспечивается возможность за счет противовыгиба формировать профиль пути.

Разработчики вычислили величину прогиба трассы под собственным весом и массой транспортного средства. Это важно для определения параметров противовыгиба путевой структуры: без нагрузки она будет слегка приподнята в центральной части пролета, а под весом транспорта станет опускаться, обеспечивая горизонтальное положение по всей длине пути. Данное инженерное решение позволяет нивелировать негативные эффекты, связанные с прогибами путевой структуры, и обеспечить необходимую ровность пути для транспортного средства.

UST Inc. уже предложила использовать данную разработку для соединения острова Сахалин с материковой частью России. Вместо дорогостоящей и материалоемкой однопутной железнодорожной магистрали компания рекомендует построить транспортный мембранный тоннель длиной 8 км. Решение белорусских инженеров снизит капитальные затраты на строительство, а стандартная ширина колеи 1520 мм позволит интегрировать транспортный тоннель мембранного типа в общероссийскую железнодорожную сеть.

Эвелина Ларсон
https://ancb.ru/publication/read/19706