840

высокая прочность, позволяющая соперничать с такими материалами, как камень или кирпич;

малый вес и высокие теплотехнические качества по сравнению с металлом и бетоном;

высокий порог огнестойкости панелей позволяет отнести их к классу трудногорючих материалов;

Однако у CLT панелей есть и недостаток, присущий всем материалам из древесины. Биологическое поражение древесины происходит из-за высокой влажности, но благодаря заводскому изготовлению, где в производстве используется древесина влажностью 10-12%, и дальнейшей обработкой антисептиком можно избежать проблем при эксплуатации здания [5].

Таким образом, CLT панель может стать перспективным строительным материалом для возведения конюшни. Также панели могут заменить стандартные строительные материалы для возведения сельскохозяйственных зданий и сооружений благодаря своим преимуществам.

Литература

1.Harris R. 8 - Cross laminated timber // WoodComposites. Volume 437. 2015. Pp. 141-167.

2.Бойтемирова И.Н., Давыдова Е.А. CLT-панели – эффективный материал из древесины для несущих и ограждающих конструкций зданий // Вестник научных конференций. 2016. № 12-1 (16). C. 18–21.

3.Завоюют ли CLT-панели российский рынок? [Электронный ресурс]//www. lesprominform.ru. 2019. Режим доступа: https://lesprominform.ru/jarticles.html?id=2562 (Дата обращения: 30.01.2019)

4.Чернова Е. В., Авдюкова К. И. К вопросу о многоэтажном деревянном строительстве // НАУКА – ОБРАЗОВАНИЕ – ПРОИЗВОДСТВО: Опыт и перспективы развития: сборник материалов ХIV Международной научно-технической конференции, посвященной памяти доктора технических наук, профессора Е. Г. Зудова (8–9 февраля 2018 г.): в 2-х т. — Т. 2: Автоматизация, мехатроника и IT. Гуманитарные науки. Строительство и архитектура. — Нижний Тагил: НТИ (филиал) УрФУ, 2018. С. 272-276.

5.Антисептическая обработка древесины в соответствии с условиями ее использования

УДК 504.4.054.064.2

Д.А. Щербаков – магистрант; Т.Г. Середа – научный руководитель, профессор,

ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТОРСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ОСНОВАНИЙ ПОЛИГОНОВ ТБО С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ CAD

Аннотация. Рассмотрены основные подходы к проектированию полигонов ТБО. Исследованы технологические процессы на полигонах и предложены подходы к автоматизированному проектированию оснований и устойчивости откосов полигонов с использованием программного модуля AutoLISP среды AutoCAD.

Ключевые слова: твердые бытовые отходы (ТБО); основание (котлован) полигона ТБО; устойчивость откосов; СAD.

220

Согласно территориальной схеме обращения с отходами [7], которая призвана решить проблему утилизации отходов в условиях Пермского края, значительная часть полигонов ТБО приходится на сельские поселения, а именно: поселок Полазна, остаточная емкость 158,5 т, планируется закрытие в 2023 г.; деревня Софроны, остаточная емкость 4955,2 т, планируется закрытие в 2029 г.; деревня Мыльники Кунгурского района, остаточная емкость 551,2 т, закрытие в 2024 г. и др. Также в 2019 году было закрыто большое количество мусорных полигонов, не отвечавших санитарным требованиям и к 2020 году планировалось провести санитарную инспекцию всех действующих мест захоронения твердых коммунальных отходов (ТКО), твердых бытовых отходов (ТБО) и промышленных отходов (ПО), что, частично реализовано и способствует общему сокращению остаточной емкости полигонов ТБО (ТКО) Пермского края. Поэтому проектирование и строительство современных полигонов ТБО (ТКО), являющихся комплексами природоохранных сооружений, предназначенных для складирования, изоляции и обезвреживания отходов, обеспечивающих защиту от загрязнения атмосферы, почвы, поверхностных и грунтовых вод, препятствующих распространению грызунов, насекомых и болезнетворных микроорганизмов в условиях РФ, в частности Урала и Предуралья является актуальной проблемой.

1.Постановка проблемы

Для строительства современных полигонов ТБО предусмотрены следующие этапы проектирования: установление необходимой вместимости полигона захоронения ТБО; исследование и выбор потенциальных участков с местных требований; определение местных технических возможностей в обеспечении потребности полигона в энергии и материалах покрытия; рассмотрение возможных направлений последующего использования участка после рекультивации.

Важным аспектом влияющим на окружающую среду является проектирование основания (котлована) полигона и создание противофильтрационного экрана, как правило, состоящего из слоев глины или геосинтетических мембран, предназначенного для сбора фильтрата, его откачки и предотвращения попадания в грунтовые воды.

Предъявляются особые требования к размерам основания (котлована) полигона ТБО, одной из проблем которой является недостаточная устойчивость откосов, связанная с такими параметрами, как глубина, ширина, длина котлована и угол наклона откосов. В проектировании геометрических параметров котлована исходя из методики [1] и разработанной компьютерной программы «Расчет грунтовых оснований», состоящей из 7 модулей [4] все параметры можно рассчитать автоматически. Основной задачей является учет возможного движения почвы и грунта основания, его осадка и деформация при различных режимах эксплуатации и процедур управления на полигоне.

2 Результаты исследований

2.1 Исследования технологического процесса утилизации ТБО

Процесс биологического распада органических отходов на полигонах ТБО протекает в двух стадиях: первой является кислотная, и затем, с уменьшением в массе атмосферного кислорода, потраченного на химические реакции, начинается

221

вторая стадия - methanogenesis. С недостатком кислорода, происходит брожение (при анаэробных условиях). Развитая обобщенная модель анаэробного биореактора биодеструкции отходов на полигоне ТБО, основанная на рассмотренных зависимостях представлена в работе [8]. Модель биореактора включает в себя Qm(t) – входные потоки (отходы, атмосферные осадки, поверхностный сток); Qp(t) – выходной поток продуктов(свалочный газ, фильтат); D(x,t) – распределение субстанции внутри массива ТБО [2]. Данный подход позволяет автоматизировать процесс биодеструкции отходов, с учетом сложных биохимических и микробиологических изменений в массиве отходов. От температуры, влажности и плотности массива ТБО сильно зависит скорость и направление биохимических реакций, которые, в свою очередь, за счет реакций превращения веществ влияют на физические процессы и, в конечном итоге, это необходимо учитывать для выбора конструктивных особенностей при проектировании полигона ТБО. Особую проблему в кислотной стадии биодеструкции отходов представляют процессы горения и возможность попадания стока поверхностных вод, поступающих с вышерасположенных земельных массивов. Как правило, для перехвата дождевых и паводковых вод вокруг полигона проектируют водоотводную канаву, а на расстоянии 1–2 м от водоотводной канавы устраивают ограждение вокруг полигона. Также по периметру полигона на полосе 5–8 м высаживают древесно-кустарниковую растительность, прокладывают инженерные коммуникации (водопровод, канализацию). Данные проектные решения устанавливают мачты электроосвещения, отсыпают минеральный грунт для использования его на изоляцию ТБО. Если проектная высота полигона ТБО (ТКО) не менее 20 м, а нагрузка на использованную площадь превышает 10 т/м2, то такой полигон считается высоконагружаемым [6].

2.2. Конструкторские решения по укреплению откосов на полигоне ТБО

При моделировании механических процессов в процессе проектирования основания полигона ТБО учитывалось также возможное движение почвы и грунта основания, его осадка и деформация при различных режимах эксплуатации и процедур управления.

Как механические процессы, исследованные в проекте и эксплуатации полигона ТБО, возможно движение почвы котлована, его осадка и деформации.

Вычисление оснований полигона ТБО состоит из трех блоков: вычисление устойчивости боковых наклонов, вычисление допустимой нагрузки основания и вычисления по деформациям [5]. Выбор метода вычисления по деформациям зависит от геологических условий и методов управления процессами на полигоне ТБО.

Устройство пологих наклонов резко увеличивает стоимость строительства, в то время,ткак крутые откосы могут вести к несчастному случаю, и поэтому необходимо определить максимальную оптимальную крутизну уклонов оснований полигонов ТБО [8]. Согласно теории предельного равновесия, определено максимальное давление на горизонтальную поверхность массива грунта, при котором откос остается в равновесии, и определяется форма равноустойчивого откоса предельной

222

крутизны. Горизонтальная поверхность равноустойчивого откоса несет равномерно распределенную нагрузку. Устойчивость откосов полигона рассчитана в специально разработанной компьютерной программе, в

ключающей семь методов, использующихся для разного типа грунта (рису-

нок 1).

Рис.1. Расчет устойчивости откосов полигона

2.3 Построение чертежей основания полигонов с использованием САПР

Разработана программа автоматического построения основания полигона на языке AutoLISP [3]. Исходными данными при проектировании являлись: глубина, ширина, длина котлована и угол наклона откосов. Отличительной особенностью предлагаемой конструкции является проектирование основания полигона по траншейному типу с использованием плит, позволяющей предотвратить попадание поверхностных вод с вышерасположенных земельных массивов и вытеканию фильтрата из основания полигона, разлетание мусора и направленной на увеличение емкости полигона ТБО. Программа строит эскизный черт ж котлована (рисунок 2: вид сбоку и вид сверху), на котором отмечаются размеры.

Рис. 2. Эскизный черт ж основания полигона ТБО

223

Заключение

В работе были исследованы технологические параметры биодеструкции отходов, исследованы химические и биологические процессы. Разработана программа автоматизированного мониторинга технологических процессов и эскизного проектирования основания полигона ТБО.

Литература

1.Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов / АКХ им. К.Д.Памфилова. – М., 1996.

2.Костарев С.Н. Научно-методические основы и практические решения идентификации и управления состоянием природно-технических систем утилизации отходов / дисс… д-ра техн. наук

/Ижевский государственный технический университет. Пермь, 2009.

3.Костарев С., Мурынов А. Автоматизированное проектирование, управление и систем-

ный анализ природно-технических объектов утилизации отходов // САПР и графика. 2010. № 3 (161). С. 78–80.

4.Костарев С.Н., Т.Г. Середа, Файзрахманов Р.А Программный комплекс “Управление жизненным циклом полигона твердых бытовых отходов (“АРМ ТБО”)”. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ 2009612494. – М.: ФИПС, 2009.

5.СП 22.13330.2016. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83* (с изменениями). URL: http://docs.cntd.ru/ document/45605420 (дата обращения:

24.01.2020).

6.Середа Т.Г., Костарев С.Н. Системный подход к проектированию и строительству инженерных сооружений полигонов твердых коммунальных отходов / ФГБОУ ВО Пермская ГСХА. Вологда: изд-во «Инфра-инженерия», 2019. 362 с.

7.Территориальная схема обращения с отходами Пермского края (Приказ Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Пермского края от 09.12.2016 г. № СЭД-35-01- 12-503); URL: http://mgkhb.permkrai.ru (дата обращения: 24.09.2019).

8.Kostarev S.N. et al. Technological and constructor solutions for the design of silage trenches using CAD // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2020. Т. 421. С. 042010.

УДК 666.991

А.В. Щукина – магистр; А.Н. Шихов – научный руководитель, доцент,

ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТОРФОГИПСА В СТЕНОВОМ ОГРАЖДЕНИИ КОНЮШЕН

Аннотация. Приведены результаты теплотехнических исследований применения торфогипса в ограждающих стеновых конструкциях конюшен.

Ключевые слова: торф, гипс, стеновое ограждение, температура внутренней поверхности.

В лаборатории строительных материалов ФГБОУ ВО Пермского ГАТУ проведены исследования по определению возможности использования эффективного материала на основе гипса и торфа в качестве стенового ограждения в конюшнях в климатических условиях Пермского края.

Как показали исследования ранние исследования [1], коэффициент теплопроводности торфогипса в зависимости от его плотности находится в пределах от

224

0, 04 до 0,08 Вт/м оС. При плотности торфогипса 400 кг/м3 коэффициент теплопроводности составляет 0,047 Вт/м оС.

Исходные материалы стенового ограждения и нормируемые теплотехнические показатели приведены в таблице:

Таблица

Материалы стенового ограждения и нормируемые теплотехнические показатели

Согласно нормативных требований расчетная температура внутреннего воздуха в конюшнях должна составлять не менее 13 оС при влажности 68%.

Для определения толщины утеплителя для стенового ограждения конюшни первоначально установили величину градусо-суток отопительного режима по формуле по формуле (5.2) СП 50.13330.2012:

ГСОП = (tв–tот) . zот = (13 + 5,5) 225 = 4162,25 °С сут.

Затем определили значение требуемого сопротивления теплопередаче для стены конюшни по формуле (1):

где r – безразмерный коэффициент теплотехнической однородности, значение которого для стен толщиной менее 510 мм согласно требований СП 23-101-04 состав-

ляет 0,74.

Подставляем численные значения требуемого сопротивления теплопередаче (Rопр) и коэффициента теплотехнической однородности (r) в формулу (3) и устанавливаем величину приведенного сопротивления теплопередаче:

= 2,54/0,74 =3,432 (м2 ·°С /Вт).

Расчет толщины утеплителя ведется из условия равенства общего термиче-

ского сопротивления теплопередаче ( R0 ) для стенового ограждения приведенному сопротивлению теплопередаче (Rопр):

225

Одним из путей повышения эффективности балочных конструкций является применение в качестве балок сквозных двутавров или двутавров с перфорированной стенкой. Они образуются роспуском горячекатаного исходного двутавра пут м разрезки его стенки по ломанной линии с последующей сваркой встык частей двутавра по выступающим гребням разрезанной стенки. Высота сквозного двутавра обычно в 1,3÷1,5 раза больше высоты исходного двутавра, в связи с чем, в 1,5÷2 раза увеличивается момент инерции его сечения и, следовательно, в 1,3÷1,5 раза увеличивается несущая способность сквозного двутавра в сравнении с исходным. После незначительного усиления верхней части стенки в зоне отверстия, подобные двутавры могут использоваться и в качестве подкрановых балок под л гкие мостовые краны грузоподъ мностью до 150÷200кН [1].

В данной статье приводится конструктивный расчет спаренной перфорированной балки.

Разработана конструкция металлической рамы с прямолинейными элементами для условий Пермского края. Выполнена оптимизация конструкции рамы с использованием перфорации профилей.

Рис. 1 Поперечный разрез металлической перфорированной конструкции рамы коровника

Определение геометрических характеристик поперечного сечения перфори-

Минимальный момент сопротивления крайних фибр сечения тавра:

Максимальный момент сопротивления крайних фибр сечения тавра:

Рис. 2 Определение центра тяжести сечения тавра

Расстояние от центральной оси двутавра до центра тяжести сечения тавра

(рис. 2) [3]

где M – максимальный момент двутавра; R – расчетное сопротивление смятию стали; N – продольная сила; А – площадь сечения перфорированного двутавра.

Расчет на устойчивость стержней сплошного постоянного сечения, подверженных сжатию и изгибу в двух главных плоскостях, при совпадении плоскости наибольшей жесткости (Ix > Iy) с плоскостью симметрии:

1,

где – коэффициент устойчивости при внецентренном сжатии стержней в плоскости действия момента, совпадающей с плоскостью симметрии; – коэффициент условия работы; – расчетное сопротивление по пределу текучести [5].

229