Browsing by Author "Тютькін, Олексій Леонідович"

Now showing 1 - 40 of 83

Аналіз впливу нових конструктивних рішень на напружено-деформований стан обробки пілонної станції
(Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ, 2004) Сєдін, Володимир Леонідович; Петренко, Володимир Дмитрович; Тютькін, Олексій Леонідович
UKR: У статті наведено чисельний аналіз впливу нових конструктивних рішень у конструкціях пілонних станцій. Виявлено, що введення яких-небудь нових елементів у конструкцію підземної споруди потребує ґрунтовного аналізу, оскільки зміна напружено-деформованого стану в таких випадках не завжди змінюється в кращу орону.
Аналіз комбінованої конструкції ствола дніпровського метрополітену методом скінченних елементів
(Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро, 2021) Тютькін, Олексій Леонідович; Банніков, Дмитро Олегович; Мірошник, Віталій Анатолійович; Гелетюк, Ігор В.
UKR: Мета. Розвиток спорудження підземних виробок Дніпровського метрополітену потребує аналізу та наукового обґрунтування проєктних рішень, що базуються на нових для України технологіях. Метою наукової статті є аналіз комбінованої конструкції ствола Дніпровського метрополітену методом скінченних елементів із визначенням силових факторів в оболонках пальової системи та системи торкретування із подальшим об-ґрунтуванням на основі отриманих результатів відповідності проєктних рішень реальній ситуації будівництва Дніпровського метрополітену. Методика. Для аналізу ствола № 1 Дніпровського метрополітену методом скінченних елементів побудовано дві скінченно-елементних моделі. Вони відображають комбіновану конструкцію ствола, яка складається з двох частин. Окремо проаналізовано скінченно-елементну модель пальової системи, що відображає оболонку з буросічних паль, підкріплену балкою та поясами. Окремо змодельовано та проаналізовано модель для системи торкретування, яка застосовується для другої частини ствола, що залягає в міцному скельному масиві. Скінченно-елементним моделям обох систем присвоєно реальні деформаційні та геометричні параметри, а також навантаження, що стало запорукою проведення адекватних дійсності розрахунків методом скінченних елементів. Результати. Під час чисельного аналізу комбінованої конструкції ствола № 1 Дніпровського метрополітену визначено силові фактори (нормальні сили та згинальні моменти) для пальової системи та системи торкретування. Ці результати стали основою для проведення армування обох систем. Наукова новизна. Проведено чисельний аналіз конструкції ствола, який надав повну картину силових факторів, що дозволяють прогнозувати появу нормальних сил та згинальних моментів в подібних інженерно-геологічних умовах. Практична значимість. Результати аналізу комбінованої конструкції ствола Дніпровського метрополітену методом скінченних елементів дозволили науково обґрунтувати проєктні рішення і забезпечити високі показники експлуатації обох систем ствола № 1.
Аналіз методів розрахунку стійкості зсувонебезпечних схилів
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, Україна, 2022) Тютькін, Олексій Леонідович; Дубінчик, Ольга Іванівна; Кільдєєв, Віталій Романович; Новік, Руслан Борисович
UKR: Мета. Аналіз методів розрахунку стійкості зсувонебезпечних схилів і подальший розвиток їх в європейських нормативних документах. Методика. Розглянуті варіанти методів розрахунку стійкості укосів різними авторами. В варіаційних методах приймались різні визначення функціонала і потім знаходиться його мінімум. В способі М. М. Герсеванова функціонал являв собою суму горизонтальних сил, які діяли на масив із гіпотетичного ґрунту. В методі Ю. І. Соловйова функціонал – це відношення роботи сил, які утримують схил до роботи сил, які зсувають на переміщення. В способі Копаші – це сума вертикальних навантажень, які діють на поверхню ковзання в сипучому середовищі. В скороченому методі Терцагі шукається мінімум відношення моменту сил, які утримують до моменту сил, які зсувають укіс. Результати. Дослідженнями міцності та стійкості схилів успішно займалися вітчизняні та зарубіжні вчені. Це є складна задача, що визначається необхідністю одночасного врахування двох основних чинників: рельєфу і гравітаційної сили. Основним для визначення стійкості схилів є уявлення про те, що напружений стан порід у верхній частині земної кори формується діючими повсюдно гравітаційною і тектонічною силами. Вагомий внесок в перерозподіл напружень вносить рельєф земної поверхні. Наукова новизна. В Єврокоді 7 дається рекомендація можливості виконати попередній розрахунок природного укосу з використанням характеристичних значень, який дає приблизне уявлення про величину загального коефіцієнта надійності до початку проектування. Практична значимість. Часто як будівельні майданчики використовуються території, безпосередньо розташовані на схилах. Основами для фундаментів будівель і споруд є ґрунтові масиви, які знаходяться в складних інженерно-геологічних умовах. Зсуви є геологічним процесом, який виникає на будь-якій ділянці схилу або укосу, внаслідок порушення рівноваги порід при збільшенні крутизни схилу в результаті підмиву водою, ослаблення міцності порід при вивітрюванні або перезволоженні опадами і підземними водами, дією сейсмічних поштовхів, будівельною і господарською діяльністю людей. Визначення коефіцієнта стійкості є необхідною умовою для висновку про можливість використання схилів для будівництва.
Аналіз особливостей прикладної програми «Ліра» при розрахунках оправ тунелів неколового окреслення
(Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро, 2017) Купрій, Володимир Павлович; Тютькін, Олексій Леонідович; Захарченко, Павло Євгенович
UKR: Мета. В статті досліджено вплив на напружено-деформований стан параметрів скінченно-елементної моделі, побудованої в програмному комплексі «Ліра», в чисельному аналізі тунелів неколового окреслення. Методика. Для досягнення поставленої мети, авторами в програмному комплексі «Ліра» були розроблені скінченно-елементні моделі калотної частини виробки при будівництві двоколійного залізничного тунелю. В кожній з моделей в програмному комплексі «Ліра» була конкретним способом дискретизована зона взаємодії із тимчасовим кріпленням. Після створення моделей, проводився їх чисельний аналіз із детальним дослідженням його результатів. Результати. В скінченно-елементних моделях отримані значення деформацій і напружень по горизонтальній і вертикальній осям, а також максимальні значення моментів і поздовжніх сил в тимчасовому кріпленні. Виконаний порівняльний аналіз компонент напруженого і деформованого станів при зміні параметрів скінченно-елементної моделі. Побудовані графіки закономірностей вказаних результатів від особливостей дискретизації двох моделей. Досліджено третю скінченно-елементну модель з радіальною розбивкою вузлів у зоні взаємодії тимчасового кріплення з оточуючим ґрунтовим масивом. Наукова новизна. Встановлено, що при чисельному аналізі НДС тунельної оправи неколового окреслення його результати суттєво залежать від форми, розмірів та конфігурації застосовуваних скінченних елементів, від розмірів розрахункової області ґрунтового масиву, а також від умов урахування дійсної (пружної чи пластичної) роботи ґрунтового масиву. Практична значимість. Визначено особливості дискретизації та необхідні розміри розрахункової області ґрунтового масиву при моделюванні системи «оправа – ґрунтовий масив», що забезпечують достатню точність розрахунку параметрів напружено-деформованого стану оправи.
Аналіз результатів випробування підсилення земляного полотна армованими ґрунтоцементними палями
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, Україна, 2023) Крисан, Володимир Іванович; Крисан, Віталій Володимирович; Петренко, Володимир Дмитрович; Тютькін, Олексій Леонідович
UKR: Мета. Метою роботи є аналіз результатів випробування підсилення земляного полотна армованими ґрунтоцементними палями. Методика. Проведено аналіз ситуації підсилення земляного полотна із визначенням сучасних тенденцій застосування геосинтетичних матеріалів та ґрунтоцементних паль. Розроблено і впроваджено на практиці алгоритм підсилення земляного полотна армованими ґрунтоцементними палями із застосуванням спеціального шарошечного долота. Проведено визначення несучої здатності армованих ґрунтоцементних паль шляхом обґрунтованого вибору конструкції, ґрунтової основи, матеріалу, глибини закладання паль відповідно до інженерно-геологічних умов, конструктивної схеми споруди та способу їх улаштування. Результати. Було випробувано 6 паль довжиною від 21 м до 23 метрів. У ході виготовлення паль №№ 1, 4 і 6, довжина яких складала 22…23 м, під час буріння з’ясовано, що в їх основі залягає масивний монолітний граніт (заглиблення в граніт виконувалось на 0,5 м), наявність тріщин в якому не фіксувалась. Палі №№ 2, 3, 5 своєю основою мали граніти тріщинуваті, заглиблення в них також проводилось на 0,5 м. Для цих армованих ґрунтоцементних паль отримані величини вертикального переміщення палі під час її навантаження і розвантаження ступенями. Розрахункове навантаження вдавлювання на палю, що випробувалася, становить від 268,3 т·с до 275,0 т·с. Наукова новизна. Вона полягає в отриманні залежностей осідань армованих ґрунтоцементних паль, створених на основі бурозмішувальної технології, під час їх випробування в режимах навантаження та розвантаження. Практична значимість. Визначено, що при зміні жорсткості земляного полотна, оскільки ґрунтоцементні армовані елементи виготовляються з модулем деформації 300…600 МПа, вирішується проблема його підсилення. Практично є можливість зменшити різницю в жорсткості штучної споруди та конструкції верхньої будови колії, що дозволить ліквідувати баластові поглиблення.
Аналіз результатів стійкості природних схилів, складених неоднорідними та шаруватими ґрунтами
(Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро, 2018) Тютькін, Олексій Леонідович; Дубінчик, Ольга Іванівна; Кільдєєв, Віталій Романович
UKR: Мета. В рамках теорії граничної рівноваги виконати математичне моделювання стійкості зсувонебезпечного схилу, складеного неоднорідними та шаруватими ґрунтами за допомогою програми «ОТКОС» для визначення параметрів стійкості природного схилу. Методика. Для досягнення поставленої мети розглянуті і проаналізовані зсувонебезпечні ділянки Придніпров’я, природні та техногенні чинники, які активізують зсувні процеси. Зроблено порівняльний аналіз комплексу ОТКОС з існуючими професійними комплексами. Виконано розрахунки параметрів зсуву різними методами. Результати. Визначені розраховані параметри зсуву: коефіцієнт запасу стійкості, координата початку поверхні ковзання, глибина заколу, координата закінчення поверхні ковзання. Побудовані поверхні ковзання за різними методами розрахунку, діаграми закономірностей зміни коефіцієнта стійкості, діаграма деформованого стану зсувонебезпечного схилу, приуро-ченого до парку Зелений Гай м. Дніпро. Наукова новизна. Отримана можливість прогнозувати поведінку природних схилів, складених неоднорідними та шаруватими ґрунтами в процесі їх активації. Практична значимість. Розроблено методику визначення параметрів стійкості схилу за допомогою комплексу ОТКОС та основи практичної роботи із комплексом SCAD для аналізу деформованого стану природного схилу.
Аналіз стійкості земляного полотна для реалізації умов його безпеки при підвищенні швидкості руху
(Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ, 2015) Петренко, Володимир Дмитрович; Тютькін, Олексій Леонідович; Купрій, Володимир Павлович
UKR: В статті наведені результати математичного моделювання високого залізничного насипу в двох варіантах, причому розглядається варіант підсилення земляного полотна за допомогою геосинтетичних матеріалів. Мета цієї статті полягає у аналізі стійкості земляного полотна для реалізації умов його безпеки при підвищенні швидкості руху. Методика. Розроблено об’ємну скінченно-елементну модель високого залізничного насипу, на основі якої виконано комплекс розрахунків. Результати. В наданій роботі викладені результати математичного моделювання методом скінченних елементів на основі комплексу Structure CAD (SCAD) непідсиленого та підсиленого геосинтетичним матеріалом високого залізничного насипу. Отримані параметри напружено-деформованого стану земляного полотна обох варіантів. Наукова новизна. На основі чисельного аналізу напружено-деформованого стану моделей показано, що армування земляного полотна надало перерозподілу напружень іншої локалізації, а саме в районі обойми з геосинтетики. У подальшому можлива оптимізація розташування геосинтетики по висоті, оскільки досліджене положення може бути не самим оптимальним. Практичне значення. Практична значимість обумовлена підвищенням стійкості земляного полотна при його підсиленні, тобто реалізація умов безпеки при його експлуатації стає визначеною. Дослідження напружено-деформованого стану конструкції земляного полотна запобігає різним аварійним ситуаціям, оскільки дозволяє впевнено прогнозувати зміну напружень та деформацій при підсиленні геосинтетичними матеріалами.
Аналіз укріплення земляного полотна залізобетонними палями
(Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ, 2016) Петренко, Володимир Дмитрович; Тютькін, Олексій Леонідович; Святко, Ілона Олександрівна; Ямпольський, Д. О.
UKR: Мета. Однією із важливих проблем в області будівництва і експлуатації залізничної колії є розробка варіантів укріплення земляного полотна з метою підвищення довговічності та зменшення собівартості ремонтних робіт. Метою даної роботи є проведення аналізу варіантів укріплення земляного полотна за допомогою залізобетонних паль, а також дослідження впливу залізобетонних паль на напружено-деформований стан і деформації системи земляне полотно - палі укріплення. Методика. В даному дослідженні було розглянуто дві моделі земляного полотна: 1) вузького насипу під одноколійну ділянку руху; 2) широкого насипу під одноколійну ділянку руху з перспективою розширення. Чисельні експерименти були виконані за допомогою сучасного програмного забезпечення. Для дослідження деформованого стану земляного полотна створено просторову модель із кінцевих елементів у програмному комплексі SCAD. Дослідженням передбачено проаналізувати укріплення земляного полотна за декількома варіантами, в тому числі при укріпленні під підошвою баласту та у відкосах насипу. Деформаційні характеристики, які прийняті у моделі, відповідають значенням, отриманим під час дослідження ґрунтів земляного полотна. Результати. Виконані дослідження укріплення земляного полотна залізобетонними палями. Для цього проведено серію розрахунків згідно з запропонованими варіантами укріплення, а також контрольні розрахунки неукріпленого масиву. Було виконано велику кількість розрахунків в зоні розташування залізобетонних паль укріплення, і проведено детальний аналіз напружено-деформованого стану системи. Результати розрахунків переміщень у системі «верхня будова колії-залізобетонні палі» подані у вигляді ізополів розподілу переміщень у ґрунтовому масиві. Наукова новизна. На підставі теоретичних досліджень і виконаних розрахунків за допомогою методу скінчених елементів, в роботі виявлена основна закономірність перерозподілення напружень і деформацій після укріплення земляного полотна залізобетонними палями, що є науковою новизною проведених досліджень. Практична значимість. Запропоновані варіанти укріплення для зменшення вертикальних і горизонтальнихпереміщень в тілі насипу земляного полотна на глибину до 6 м.
Безпечність залізобетонних конструкцій колонної станції метрополітену при зміні їх геометричних параметрів
(Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ, 2013) Петренко, Володимир Дмитрович; Тютькін, Олексій Леонідович
UKR: В статті наведені результати числового аналізу залізобетонної конструкції колонної станції метрополітену у випадку варіації кроку колон по умовам безпеки. Мета цієї статті полягає у вивченні роботи системи колон, як найбільш завантажених елементів, що є одним з головних пріоритетів забезпечення безпечної та безаварійної роботи при нормальній експлуатації станційної конструкції. Методика. Розроблено об’ємну скінченноелементну модель станції. Для аналізу напружень застосовано четверту теорію міцності. Результати. В наданій роботі викладені результати числового аналізу методом скінченних елементів на основі комплексу Structure CAD (SCAD) залізобетонної оправи станції із варіацією кроку колон, який в більшості випадків при спорудженні станцій приймається конструктивно. Побудовані графіки залежностей дозволили визначити безпечний крок колон. Наукова новизна. На основі теоретичних досліджень напружено-деформованого стану моделей показано, що при збільшенні відстані між колонами від 3,6 до 5,4 м статична робота несучих елементів станції є цілком прогнозуємою, тому що закони формування зусиль в них не виходять за межі лінійних. Але збільшення кроку колон до значних величин буде недоцільним з позиції безпечних умов експлуатації та викликає значні перевантаження несучих елементів в період будівництва. Практичне значення. Практична значимість обумовлена за підсумками оцінки впливу кроку колон станції для зміни напружено-деформованого стану її конструкції. Визначення напружено-деформованого стану конструкції запобігає різним аварійним ситуаціям, оскільки дозволяє впевнено прогнозувати наслідки змін в проектних рішеннях і отримувати безпечні умови експлуатації станцій колонного типу.
Визначення раціональних параметрів підпірних конструкцій із ґрунтоцементних паль на зсувонебезпечних схилах
(Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро, 2020) Тютькін, Олексій Леонідович; Ігнатенко, Дмитро Юрійович
UKR: Мета. У статті передбачено розробити метод визначення раціональних параметрів підпірних конструкцій з ґрунтоцементних паль на зсувонебезпечних схилах. Методика. Для досягнення поставленої мети автори виконали порівняльні розрахунки скінченно-елементних моделей зсувонебезпечного шаруватого схилу з влаштуванням підпірних конструкцій із ґрунтоцементних паль: вертикальних, розташованих під кутом до вертикальної осі, об’єднаних бетонним ростверком, без ростверку, різного діаметру, із різною відстанню між палями, але однакової довжини, що обумовлена розташуванням визначеної за попередніми розрахунками поверхні ковзання. Результати. За результатами розрахунків контактної задачі взаємодії ґрунтового масиву та підпірної конструкції було отримано закономірності формування міцності та стійкості зсувонебезпечного укріпленого схилу, що дає можливість прогнозування його геомеханічної стійкості залежно від можливого розташування кривої поверхні ковзання. Обґрунтовано спосіб підвищення коефіцієнта стійкості ґрунтового схилу залежно від варіації параметрів ґрунтоцементної підпірної пальової конструкції. Чисельними розрахунками обґрунтовано параметри ґрунтоцементних пальових підпірних конструкцій – довжину паль, діаметр паль, відстань між палями, кут їх нахилу та доцільність об’єднання паль бетонним ростверком. Наукова новизна. Уперше отримано закономірності формування міцності та стійкості ґрунтоцементної підпірної конструкції для укріплення зсувонебезпечних схилів, що дає можливість прогнозування їх геомеханічної стійкості залежно від можливого розташування кривої поверхні ковзання. Також уперше встановлено залежності зміни абсолютних зміщень, відносних деформацій, коефіцієнтів запасу міцності, стійкості та напружень за Мізесом в елементах підпірних конструкцій із ґрунтоцементних паль від кута їх нахилу, відстані між палями та наявності бетонного ростверку, що їх об’єднує. Набули подальшого розвитку методи оцінки та прогнозування зсувонебезпечності ґрунтових схилів, що дозволило обґрунтувати спосіб підвищення коефіцієнта запасу стійкості залежно від варіації параметрів ґрунтоцементної підпірної конструкції. Уперше обґрунтовано параметри способу підвищення стійкості зсувонебезпечного схилу з пальовими підпірними конструкціями на основі комплексного математичного та відцентрового моделювання з використанням реальних ґрунтів зсувонебезпечного схилу та критеріїв подібності. Практична значимість. Автори розробили та запатентували метод укріплення зсувонебезпечних схилів за допомогою ґрунтоцементних паль, об’єднаних бетонним ростверком та розташованих перпендикулярно до вектора руху тіла зсуву.
Відновлення міцносних та деформативних характеристик земляного полотна та його основи армуванням ґрунтоцементними елементами
(Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро, 2019) Петренко, Володимир Дмитрович; Тютькін, Олексій Леонідович; Крисан, Володимир Іванович; Крисан, Віталій Володимирович
UKR: Мета. Відновлення міцносних та деформативних характеристик земляного полотна та його основи, а також розробка способу, який можна використовувати як при будівництві нових, так і при ремонті старих колій. Методика. Армування ґрунтоцементними елементами виконується на основі технології закріплення слабких ґрунтів, при якій процес укріплення здійснюється при достатньо низькому тиску в 0,15…0,25 МПа, на відміну від струминної технології (до 60 МПа). При цьому руйнування ґрунту виконується спеціальним пристроєм (струмінно-змішувальним долотом). Для обґрунтування ефективності технології були проведені досліди на зразках ґрунтоцементних елементів в стабілометрі (тривісний стиск при зразку 32 мм в діаметрі і 75 мм по висоті). При цьому визначалися міцнісні та деформаційні характеристики, включно вертикальне напруження руйнування, питоме зчеплення, кут внутрішнього тертя та модуль пружності. Результати. По результатах експериментальних досліджень для неконсолідовано-недренованого стиску в стабілометрі були побудовані паспорти міцності в координатах «тангенційні напруження – девіатор напружень» та графік залежності відносних деформацій від напружень. Отримано результати міцносних та деформативних параметрів ґрунтоцементних елементів для зразків зі змістом цементу 7, 23 та 37,5 %. Так, напруження руйнування досягає декілька сотен кілопаскалей, модуль пружності – приблизно 7…22 МПа, зчеплення – 10…221 МПа. Наукова новизна. Вона полягає в отриманні закономірностей міцносних (напруження руйнування при тривісному стиску, питоме зчеплення, кут внутрішнього тертя) та деформативних (модуль пружності) парамет-рів від змісту цементу в ґрунтоцементних елементах, призначених для армування земляного залізничного полотна та основи. Практична значимість. Обладнання для реалізації способу укріплення армуванням ґрунтоцементними елементами, маючи невелику вагу та габарити, дозволяє ефективно обурювати та ін’єктувати земляне полотно та основу під різними кутами.
Дослідження напружено-деформованого стану обробки перегінного тунелю із урахуванням технологічних процесів
(Дніпропетровский національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровск, 2008) Тютькін, Олексій Леонідович
UKR: В статті наведені результати математичного моделювання процесу монтажу збірної оправи при щитовій проходці. Розроблена скінченно-елементна модель перегінного тунелю, в якій можливо відтворити вплив гідравлічних циліндрів щита на оправу та проаналізовано результати моделювання такого випадку.
Експериментальні дослідження теорій гірського та гідростатичного тиску на щит при проходці в слабких водонасичених ґрунтах
(Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ, 2016) Петренко, Володимир Дмитрович; Тютькін, Олексій Леонідович; Кулаженко, Олена Миколаївна
UKR: Мета. Розробка теоретичних основ визначення тиску на конструкцію щита при проходці в слабких водонасичених породах. Методика. Для вирішення проблеми аналізу деформованого стану системи «планшайба – масив» проведено числове моделювання методом скінчених елементів (МСЕ), на основі отриманих результатів встановлені залежності деформування планшайби щита при суттєвій зміні міцності ґрунту і глибини залягання тунелю. Проведено аналіз гіпотези професора Петренка В. Д. розрахунку гірського тиску, який доводить, що існуючі принципи його знаходження побудовані на протиріччях і потребують додаткової розробки. Результати. Проаналізована гіпотеза професора Петренка В. Д. Розрахунок тиску об’єму призми ґрунту на планшайбу щита. Розглянуті епюри деформацій пластини, які були розраховані у програмі SCAD, на основі даної гіпотези. Також для програми було створено розрахункову схему, яка є моделлю планшайби щита і ґрунту навколо неї. Проведені розрахунки вертикального та горизонтального тиску у програмі Excel за допомогою результатів, що були розраховані у програмі SCAD. Наукова новизна. Виявлена основна причина деформацій лобу щита, що пояснюється тиском об’єму призми слабкого ґрунту. Практична значимість. Встановлені значення гірського тиску на основі нових принципів та розроблені теоретичні основи його визначення. Запропоновані підходи по зменшенню деформацій при будівництві перегінних тунелів у слабких водонасичених ґрунтах.
Експрес модель для розрахунку процесу очищення води
(Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро, 2020) Петренко, Володимир Дмитрович; Нетеса, Микола Іванович; Тютькін, Олексій Леонідович; Громова, Олена Вячеславівна; Шинкаренко, Віктор Іванович; Козачина, Віталій Анатолійович
UKR: Мета. Використання фізичного експерименту для дослідження процесів масопереносу в спорудах систем водопостачання та каналізації потребує значного часу та є досить вартісним. Тому метою роботи є розробка чисельних моделей для проведення обчислювального експерименту з дослідження процесу масопереносу в піскоуловлювачах. Методика. Для математичного моделювання процесу масопереносу в піскоуловлювачах використано двовимірні рівняння Нав’є–Стокса та двовимірне рівняння масопереносу домішки. Для чисельного інтегрування рівнянь, що описують рух в’язкої нестисливої рідини, використано неявні різницеві схеми розщеплення. Невідомі параметри на кожному кроці розщеплення знайдено за явною залежністю. Для чисельного інтегрування двовимірного рівняння масопереносу використано поперемінно–трикутну різницеву схему розщеплення. Результати. Для проведення обчислювального експерименту на базі побудованої чисельної моделі створено спеціалізований код. Наведено результати обчислювальних експериментів із дослідження процесу масопереносу в піскоуловлювачах з додатковими елементами. З’ясовано, що ефективність очищення води змінюється у випадку використання додаткового елемента на дні піскоуло-влювача. Наукова новизна. Побудовано чисельні моделі, що дають можливість оперативно аналізувати та прогнозувати ефективність роботи піскоуловлювачів, які мають складну геометричну форму. Ці моделі дозволяють урахувати також гідродинаміку течії в очисній споруді. Практична значимість. Запропоновані чисельні моделі можна використовувати на етапі проектування очисних споруд систем каналізації.
Засади концепції зворотної конверсії для обґрунтування застосування підземних споруд метрополітену в якості укриттів
(Український державний університет науки і технологій, 2025) Тютькін, Олексій Леонідович; Банніков, Дмитро Олегович; Остапенко, Ігор Сергійович; Гернич, Микола Володимирович
UKR: Мета. Автори ставлять за мету визначити засади концепції зворотної конверсії для обґрунтування застосування підземних споруд метрополітену в якості укриттів об’єктів критичної інфраструктури. Методика. У статті проаналізовано та класифіковано вже збудовані укриття, а також запропоновані на будівельному ринку України споруди подвійного призначення. Визначено особливості захисних споруд, їхні конструктивні параметри, переваги й недоліки. Відмічено, що поява нових ідей та навіть формування концепцій, що охоплюють присвячені укриттям суміжні області, пов’язується з освоєнням підземного простору великих міст, тобто з областю, що вже була розроблена раніше. Доведено, що український досвід застосування захисних споруд надає можливість створення нової концепції, в якій вже відомі конструкції підземних споруд цивільного призначення можуть успішно виконувати роль укриттів. Результати. Для обґрунтування застосування підземних споруд в якості укриттів для об’єктів критичної інфраструктури запроваджено нову концепцію, яка отримала назву «зворотна конверсія». Зворотна конверсія представляє собою процес переносу суто цивільних конструктивно-технологічних рішень у військову сферу, а також в область, що близька до неї, а саме область спорудження захисних споруд. Обґрунтовано, що односклепінчаста станція метрополітену мілкого закладення, споруджена із монолітного залізобетону, й колонна станція метрополітену мілкого закладення, змонтована із збірного залізобетону, мають високий потенціал в якості укриттів. Доведено, що конструктивно-технологічні рішення будівництва підземних споруд метрополітену (станції мілкого закладення) переносяться до області спорудження захисних споруд, а не використовуються в якості об’єктів подвійного призначення. Наукова новизна. В статті вперше наведені засади концепції зворотної конверсії, яка надає можливість розширення простору рішень створення захисних споруд. Практична значимість полягає в обґрунтуванні станцій метрополітену мілкого закладення в якості укриттів об’єктів критичної інфраструктури.
Колона
(ДП "Український інститут промислової власності", м. Київ, 2009) Косяк, Вікторія Миколаївна; Петренко, Володимир Дмитрович; Петренко, Володимир Іванович; Тютькін, Олексій Леонідович
UKR: Колона, яка включає в себе тіло із залізобетону чи металу та додаткове покриття, яка відрізняється тим, що додаткове покриття виконане з пружного матеріалу у вигляді перфорованої оболонки замкненого окреслення, розміщеної навколо тіла колони із наявністю повітряного прошарку, при цьому оболонка жорстко прикріплена до тіла колони у верхній та нижній частинах.
Комплексний аналіз колонної станції із варіацією глибини закладення
(Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ, 2011) Петренко, Володимир Дмитрович; Тютькін, Олексій Леонідович; Петренко, Володимир Іванович
UKR: В роботі представлені результати комплексного аналізу колонної станції із варіацією глибини закладення та з’ясуванням впливу рухомого навантаження на перекриття.
Комплексний аналіз конструкції стовбуру Дніпровського метрополітену
(Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро, 2021) Тютькін, Олексій Леонідович; Мірошник, Віталій Анатолійович; Гелетюк, Ігор В.
UKR: Мета. Будівництво Дніпровського метрополітену, що на сьогодні характеризується високою ефективністю та широким впровадженням нових технологій, довело особливу потребу в пов’язаності передпроєктних, проєктних та будівельних робіт. Метою наукової статті є виявлення в ході комплексного аналізу конструкції шахтного стовбуру його напружено-деформованого стану, який отримано в ході чисельного аналізу та геодезичного моніторингу. Методика.В ході комплексного аналізу стовбуру No16-біс Дніпровського метрополітену проведено прогностичні розрахунки напружено-деформованого стану. Для цього побудовано скінченно-елементну модель, в якій максимально повно відображено геометричні особливості стовбуру, навантаження на нього та граничні умови. Частиною комплексного аналізу є геодезичний моніторинг, який проводиться під час будівництва стовбуру та в процесі його експлуатації. Роботи включали вимірювання деформацій як в оправі стовбурів, так і на дільницях гірничих виробок, а також на поверхні біля будинків по трасі в зоні впливу виробок, що проходяться. Результати. В ході чисельного аналізу конструкції стовбуру No16-біс Дніпровського метрополітену визначено переміщення та силові фактори (нормальні сили та згинальні моменти). На основі цих результатів підібрано армування елементів оправи стовбуру (буросічна паля, обв’язувальна балка, залізобетонний пояс). Значення деформованого стану, отримане із прогностичного аналізу, свідчить про незначні переміщення конструкції, що запроєктована. В ході геодезичного моніторингу зафіксовані горизонтальні та вертикальні деформації оправи стовбура No16-біс, що були обумовлені впливом міського транспорту та важконавантажних автомобілів. Але значення цих деформацій досягали 1...2 мм, що для їх впливу на будівлі та споруди є в межах норми. Наукова новизна.Проведенепорівняння деформованого стану, отриманого в ході чисельного аналізу та геодезичногомоніторингу, яке довело високу точність прогностичного розрахунку.Практична значимість. Результати комплексного аналізу шахтного стовбуру Дніпровського метрополітену надали змогу перевірити конструктивні рішення і забезпечити високу міцність та стійкість оправи із буросічних паль.
Компресійні дослідження щебенево-ґрунтової суміші для повторного застосування
(Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ, 2012) Линник, Георгій Олегович; Петренко, Володимир Дмитрович; Тютькін, Олексій Леонідович; Петрівська, Ілона Миколаївна
UKR: В статті наведені результати компресійних досліджень щебенево-ґрунтової суміші для повторного застосування із наведенням рекомендацій.
Критичний аналіз методів розрахунку напружено-деформованого стану конструкції станції метрополітену пілонного типу
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2024) Федоров, К. Є.; Тютькін, Олексій Леонідович
UKR: Мета. Проведення критичного аналізу методів розрахунку напружено-деформованого стану конструкції станції метрополітену пілонного типу та обґрунтований вибір того з них, що дозволить врахувати складний взаємозв’язок елементів цієї конструкції та їхню взаємодію з оточуючим масивом. Методика. Для проведення критичного аналізу методів розрахунку напружено-деформованого стану проаналізовано конструкцію станції метрополітену пілонного типу. Також визначено основні особливості архітектурно-конструктивного рішення пілонної станції глибокого закладення. Аналіз елементів та загальної конструкції дозволив виявити важливі параметри, без врахування яких неможливе отримання близької до реальної картини напружено-деформованого стану. Проаналізувавши конструкцію станції пілонного типу глибокого закладення, визначено, що сутнісним параметром формування її напружено-деформованого стану є просторовий фактор. Результати. Викладено результати критичного аналізу методів розрахунку напружено-деформованого стану конструкції станції метрополітену пілонного типу під час її взаємодії із оточуючим масивом, представленого міцними породами (умови закладення метрополітену в м. Дніпрі). Визначено, що застосування плоских схем для розрахунку станцій пілонного типу глибокого закладення тягне за собою втрату адекватності реальній конструкції, але деякі їхні аспекти можливо використовувати і для просторового випадку. Доведено, що підхід із застосуванням чисельних методів, наприклад, методу скінченних елементів, а також створення скінченно-елементних просторових схем на основі об’ємних елементів є найбільш адекватними розрахунковій ситуації методиками розрахунку. Наукова новизна. Для станції пілонного типу глибокого закладення остаточно доведене застосування скінченно-елементних моделей, які максимально повно відображають просторовий фактор, що є сутнісним для такої конструкції. Практична значимість. Запропоновані в науковій роботі скінченно-елементні моделі станції пілонного типу глибокого закладення в міцних породах є най- більш адекватними реальній ситуації взаємодії конструкції з оточуючим масивом і можуть бути прийняті в якості розрахункових моделей для умов Дніпровського метрополітену.
Критичний аналіз підходів до визначення напружено-деформованого стану системи «горизонтальна виробка – шаруватий масив»
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, Україна, 2022) Бондаренко, Наталія Костянтинівна; Тютькін, Олексій Леонідович
UKR: Мета. Виконати критичний аналіз підходів до визначення напружено-деформованого стану системи «горизонтальна виробка – шаруватий масив». Отримати обґрунтовані рішення для застосування конкретного підходу для випадку шаруватого масиву. Обґрунтувати метрику скінченно-елементних моделей системи «горизонтальна виробка – шаруватий масив». Методика. Для досягнення поставленої мети проаналізовано особливості підходів до визначення напружено-деформованого стану системи «горизонтальна виробка – породний масив». Доведено, що шаруватість є найважливішою структурною особливістю оточуючого породного масиву. Виконаний детальний аналіз математичних методів вирішення пружно-пластичних задач для породних масивів. Результати. В ході аналізу вирішення задачі визначення напружено-деформованого стану системи «горизонтальна виробка – шаруватий масив» виділено два підходи, кожен з яких має властиву їм низку методів. Цими підходами є аналітичний та чисельний, кожен з яких має особливу специфіку. Підтверджено, що в останній час дослідження системи «горизонтальна виробка – породний масив» більшою мірою базуються саме на чисельному підході, залишивши аналітичному лише незначну долю від загального обсягу. Визначено, що впровадження чисельних методів, зокрема, методу скінченних елементів в програмних спеціалізованих комплексах, дозволило змінити концепцію досліджень в геомеханіці та механіці підземних споруд, перемістивши фокус до математичного та імітаційного моделювання. Наукова новизна. На основі результатів проведеного критичного аналізу підходів науково обґрунтовано застосування чисельного аналізу на основі скіченно-елементних моделей. Саме цей підхід до визначення напружено-деформованого стану системи «горизонтальна виробка – шаруватий масив» дозволяє врахувати шаруватість без додаткових припущень. Практична значимість. В ході досліджень доведено, що просторова скінченно-елементна модель з плоского прототипу, але обмежена товщиною в 0,1 або 1 м, є адекватною поставленій задачі за умови урахування плоскої деформації.
Критичний огляд методів розрахунку стійкості укосів і схилів
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, Україна, 2023) Тютькін, Олексій Леонідович; Дубінчик, Ольга Іванівна; Кільдєєв, Віталій Романович
UKR: Мета. У багатьох випадках при інженерних розрахунках і проєктуванні необхідно оцінити стійкість території, що забудовується, особливо розташованої поблизу схилів або укосів. Виконати критичний огляд методик розрахунку стійкості зсувонебезпечних схилів і укосів. Методика. Розглянуті варіанти методів розрахунку стійкості укосів різними авторами. Існує багато методик з розрахунку стійкості укосів, всі вони зводяться до трьох базових класів методів: методи граничної рівноваги; метод скінченних елементів; комбіновані методи. Під час перевірки стійкості найпоширенішими є інженерні методи, засновані на силових схемах рівноваги ґрунтових масивів. Одним з найбільш важливих питань при розрахунку стійкості є правильний вибір поверхні, за якою можливе зміщення ґрунту. Результати. Вибір тих чи інших методів насамперед визначається типом зсувного процесу та механізмом можливого зміщення зсувних мас. Кожен оригінальний спосіб розрахунку характеризується своєю оригінальною системою, отриманою в даному способі з використанням того чи іншого припущення, необхідність якого пов’язана зі статичною невизначеністю завдання. Наукова новизна. Приведені формули по визначенню коефіцієнта стійкості укосу для практичного використання. Аналіз стійкості зсувного схилу із залученням розрахункових методів виконується як складовий елемент комплексної інженерно-геологічної оцінки та прогнозу стійкості зсувного схилу в природних умовах та з урахуванням наміченого його використання. Практична значимість. У проєктній практиці застосовуються інженерні методи розрахунку стійкості схилу, що містять різноманітні спрощувальні припущення. Найбільш поширений з них – метод круглоциліндричних поверхонь ковзання, що відноситься до схеми плоскої задачі. Визначення коефіцієнта стійкості є необхідною умовою для висновку про можливість використання схилів для будівництва.
Лоткові дослідження армування земляного полотна для підвищення руху поїздів на залізницях України
(Державний науково-дослідний центр залізничного транспорту України, Київ, 2016) Петренко, Володимир Дмитрович; Тютькін, Олексій Леонідович; Кулаженко, Олена Миколаївна
UKR: При будівництві та реконструкції залізничної колії часто виникає необхідність вирішувати завдання підвищення несучої здатності ґрунтового земляного полотна та його підсилення або укріплення, у т. ч. шляхом армування.
Математичне моделювання земляного полотна залізниць на основі методу скінченних елементів
(Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту ім. акад. В. Лазаряна, м. Дніпро, 2018) Петренко, Володимир Дмитрович; Тютькін, Олексій Леонідович; Кулаженко, Євгеній Юрійович; Кулаженко, Олена Миколаївна
UKR: У посібнику докладно розглянуто питання визначення напружено-деформованого стану земляного полотна залізниці шляхом математичного моделювання на основі методу скінченних елементів. Наведено як загальні відомості про цей метод та професійний розрахунковий комплекс SCAD, так і практичні рекомендації щодо створення адекватних реальним умовам експлуатації скінченно-елементних моделей земляного полотна. Посібник складено відповідно до календарного плану практичних занять з дисципліни «Математичні методи моделювання взаємодії в системі "кріплення – масив” для магістрів вищих навчальних закладів, які навчаються за спеціальністю 192 «Будівництво та цивільна інженерія».
Математичне моделювання земляного полотна залізниць на основі методу скінченних елементів (фрагмент тексту)
(Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, 2016) Петренко, Володимир Дмитрович; Тютькін, Олексій Леонідович; Кулаженко, Євгеній Юрійович; Кулаженко, Олена Миколаївна
UKR: Посібник розроблено для вивчення напружено-деформованого стану земляного полотна залізниці шляхом математичного моделювання на основі методу скінченних елементів. У ньому наведено як загальні відомості про метод та професійний розрахунковий комплекс SCAD, так і практичні рекомендації щодо створення адекватних реальним умовам експлуатації скінченно-елементних моделей земляного полотна. Посібник складено відповідно до календарного плану практичних занять дисципліни «Математичні методи моделювання взаємодії в системі "кріплення – масив"» для магістрів вищих навчальних закладів, які навчаються за спеціальністю 192 «Будівництво та цивільна інженерія».
Математичне моделювання конструкції станції метрополітену пілонного типу на основі чисельного аналізу
(Український державний університет науки і технологій, 2025) Федоров, К. Є.; Тютькін, Олексій Леонідович
UKR: Мета. Автори ставлять за мету провести математичне моделювання конструкції станції метрополітену пілонного типу на основі чисельного аналізу методом скінченних елементів, а також виконати пошук компонент напружено-деформованого стану й з’ясувати міцність комбінованого кріплення, яке зводиться на основі Новоавстрійського методу спорудження тунелів. Методика. Для досягнення поставленої задачі було розроблено скінченно-елементну модель станції метрополітену пілонного типу у професійному розрахунковому комплексі Structure CAD for Windows. В моделі повною мірою відображені властивості комбінованого (тимчасового та постійного) кріплення станції метрополітену пілонного типу. Змодельована половина станції метрополітену пілонного типу, моделі надані деформаційні характеристики, взяті з реальних інженерно-геологічних досліджень. Також до моделі прикладений комплекс граничних умов, які відповідають реальному деформуванню системи, а також сполучення навантажень. Результати. Під час чисельного аналізу отримано репрезентативну інформацію щодо напружено-деформованого стану станції метрополітену пілон-ного типу і з’ясовано, що наявність проходів, а також дільниць переходу проходу в пілон й навпаки, свідчить про значний їх перерозподіл. Детальний аналіз переміщень оправи довів, що деформування оправи середнього й бокового тунелів підтверджує майже однорідне переміщення станційної конструкції. Визначено максимальні значення напружень у постійній оправі станції метрополітену пілонного типу. Наявність системи пілонів, а також проходів формує неоднорідний напружений стан, який в комплексі з однорідним деформованим, представляє визначальну перевагу станційної конструкції такого типу. Наукова новизна результатів полягає у вперше отриманих в ході математичного моделювання результатах напружено-деформованого стану конструкції станції пілонного типу, що споруджується в міцних породах на основі NATM. Практична значимість. Її характеризують результати аналізу міцності комбінованого (тимчасового та постійного) кріплення станції пілонного типу глибокого закладення.
Математичне моделювання очищення води у фільтрі
(Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро, 2020) Петренко, Володимир Дмитрович; Нетеса, Микола Іванович; Тютькін, Олексій Леонідович; Громова, Олена Вячеславівна; Козачина, Віталій Анатолійович
UKR: Мета. Для аналізу ефективності очищення води в системах водопідготовки важливим завданням є розробка математичних моделей, що дозволяють визначати ступінь очищення води на етапі проведення проєктних робіт. Основною метою роботи є побудова чисельних моделей для розрахунку процесу фільтрації та масопереносу у фільтрі. Методика. Розрахунок процесу фільтрації забрудненої води у фільтрі проведено у два етапи. На першому етапі розраховано поле швидкості потоку у фільтрі. Для розв’язання цієї задачі використано класичне рівняння фільтрації. На другому етапі розрахунку змодельовано течію забрудненої води у фільтрі. Для розв’язання цієї задачі використано рівняння масопереносу, що виражає закон збереження маси. Це рівняння враховує перенос домішки фільтраційним потоком, перенос домішки за рахунок дисперсії та сорбцію домішки в завантаженні фільтра. Розв’язання рівняння фільтрації проведено за допомогою поперемінно-трикутного методу О. А. Самарского. Визначення невідомого значення напору на базі цього методу проведено за явною формулою біжучого розрахунку. Для чисельного інтегрування моделювального рівняння масопереносу у фільтрі використано різницеву схему розщеплення. Результати. Сучасною тенденцію в галузі водопостачання та водовідведення є створення багатовимірних та багатофакторних математичних моделей. Таки моделі дозволяють замінити фізичний експеримент на обчислювальний. До комплексу споруд водопідготовки обов’язково належать фільтри очищення води. Ефективність роботи фільтрів впливає на ефективність роботи інших очисних споруд технологічної схеми очищення. Розроблено математичниу модель, що дозволяє аналізувати процес очищення води у фільтрі. На базі цієї чисельної моделі розроблено пакет прикладних програм для проведення комп’ютерного експерименту з моделювання процесу очищення води у фільтрі. Наведено результати обчислювального експерименту з моделювання процесу фільтрації забрудненої води у фільтрі. Наукова новизна. У роботі запропоновано чисельну двовимірну модель фільтра, що базується на рівнянні фільтрації та рівнянні масопереносу. Особливістю цієї моделі є можливість моделювання поля швидкості та процесу переносу домішки з урахуванням геометричної форми фільтрів. Практична значимість. Час розрахунку одного варіанта завдання на базі побудованої чисельної моделі складає декілька секунд, що є важливим для проведення серійних розрахунків на практиці. Моделі можна використовувати як альтернативу проведення лабораторних експериментів.
Методи визначення стійкості укосів земляних споруд
(Дніпропетровский національний університет залізничного транспорту ім. акад. В. Лазаряна, Дніпро, 2017) Тютькін, Олексій Леонідович; Дубінчик, Ольга Іванівна; Кільдєєв, Віталій Романович
UKR: Мета. Провести оглядовий аналіз методів оцінки стійкості схилів і укосів, які використовуються в теперішній час. Оцінка стійкості схилів і укосів може бути здійснена тільки на основі комплексного вивчення з використанням різних методів. Методика. Теоретичні дослідження. Розрахунок стійкості укосів при проектуванні ведеться за різними напівемпіричними методами. Постановка плоскої задачі обумовлює залишковий запас стійкості укосу. Застосування варіаційного обчислення дозволяє враховувати просторову схему схилу. Результати. Виконаний у рамках цього дослідження аналіз визначення характеристики стійкості зсувних схилів дає підставу твердити, що коефіцієнт стійкості безпосередньо залежить від характеру, крутизни та геологічної будови схилу. Наукова новизна. Від вибраних методів напряму залежить розрахункова схема для визначення коефіцієнта стійкості. Розрахунок буде достовірнішим коли точніше і детальніше побудована відповідна схема. Практична значимість. Використання кожного із розглянутих методів передбачає виконання ряду спеціальних геотехнічних вишукувань і вибору розрахункової моделі шляхом порівняння переваг і недоліків.
Мобільна захисна конструкція від дії ударно-повітряних хвиль в підземних виробках
(ДП “Український інститут промислової власності”, Київ, 2012) Петренко, Володимир Дмитрович; Петрівський, Ігор Володимирович; Тютькін, Олексій Леонідович
UKR: Захисна конструкція від дії ударно-повітряних хвиль в підземних виробках, яка є рамою з металопрокату (швелери або двотаври), встановленою на рухомому візку, і має сегментні вставки, які підлаштовуються під форму виробки.
Модальний аналіз колонної станції із врахуванням нелінійних властивостей та приєднаних мас оточуючого масиву
(Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ, 2010) Тютькін, Олексій Леонідович
UKR: В роботі представлено результати модального аналізу колонної станції з урахуванням нелінійних властивостей ґрунту та приєднаних мас оточуючого масиву.
Моделювання очистки води у вертикальному відстійнику
(Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро, 2019) Петренко, Володимир Дмитрович; Нетеса, Микола Іванович; Тютькін, Олексій Леонідович; Громова, Олена Вячеславівна; Козачина, Віталій Анатолійович
UKR: Мета. Підвищення ефективності роботи очисних споруд у системах водопостачання та водовідведення є важливою технічною задачею. Для аналізу ефективності очищення води конкретної споруди, на етапі проектування, потрібно мати спеціальні математичні моделі. Метою роботи є побудова математичних моделей для оцінки ефективності роботи відстійників з додатковими конструктивними елементами, які використовують у системах очищення стічних вод. Методика. Процес розповсюдження забруднювача в очисній споруді (відстійнику) розраховують за допомогою рівнянь гідродинаміки течії в’язкої, нестисливої рідини. Додатковим рівнянням є рівняння поширення забруднювача у вертикальному відстійнику. Рівняння, що використовуються для розрахунку вертикального відстійника, враховують найбільш суттєві фізичні фактори, що впливають на ефективність роботи відстійника. Для чисельного інтегрування моделювального рівняння переносу домішки в споруді використовують різницеві схеми розщеплення. Чисельний розв’язок рівняння, що описує процес руху забруднювача у вертикальному відстійнику, базується на розщепленні цього рівняння на рівняння більш спрощеної структури. Для чисельного інтегрування моделювальних рівнянь течії нев’язкої рідини використовують неявні різницеві схеми розчеплення. Чисельний розрахунок здійснюють на прямокутній різницевій сітці. Результати. На базі розроблених чисельних моделей створено пакет прикладних програм. Цей пакет дозволяє оперативно, методом обчислювального експерименту, визначати ефективність роботи відстійника. Наведено результати проведеного обчислювального експерименту з визначення ефективності роботи відстійника з двома пластинами. Наукова новизна. Розроблені математичні моделі дають можливість визначити поле швидкості та процес переносу домішки з урахуванням геометричної форми відстійників та використання в них пластин, що впливають на гідродинаміку потоку в споруді, а значить – на ефективність очищення води. Практична значимість. Час розрахунку одного варіанта завдання на базі побудованих математичних моделей складає кілька секунд. Моделі можна використовувати для отримання експертної оцінки роботи очисних споруд, які проектуються.
Моніторинг деформацій оправи Cирецько-Печерської лінії Київського метрополітену та заходи щодо їх зменшення
(Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту ім. акад. В. Лазаряна, Дніпро, 2017) Петренко, Володимир Дмитрович; Тютькін, Олексій Леонідович; Кулаженко, Євгеній Юрійович; Петренко, Володимир Іванович
UKR: Мета. В статті досліджено деформації в часі водонасиченої основи суцільно-секційної оправи перегінних тунелів Сирецько-Печерської лінії Київського метрополітену з метою з’ясування їх причин та запропонування заходів щодо їх зменшення. Методика. Для досягнення поставленої мети, авторами було проведено прив’язку до інженерно-геологічного розрізу осідань оправи, які отримані за результатами моніторингу протягом 8 років. Маркшейдерська зйомка проводилася нівелюванням з прив’язками до пікетів траси. Проаналізовано інженерно-геологічні умови залягання декількох проблемних дільниць Сирецько-Печерської лінії Київського метрополітену. Розроблено заходи зменшення деформацій основи. Результати. Після аналізу моніторингових даних, з’ясовано, що осідання основи частіш усього проходить рівномірно, без різкої зміни величини деформацій. Отримано максимальні значення деформацій водонасиченої основи із прив’язкою до геологічного розрізу. Відповідність характерної інтенсивності збільшення деформацій при зміні інженерно- геологічних умов підтверджує вірність прив’язки результатів вимірів до реальних умов. Побудовані графіки закономірностей деформацій у часі від метропоїзду. Наукова новизна. Встановлені закономірності деформування під дією метропоїзду різноманітних ґрунтів, у тому числі водонасичених. Прив’язка до існуючих інженерно-геологічних умов та висока ступінь достовірності апроксимації свідчить про їх функціональний характер. Практична значимість. Розроблено заходи щодо зменшення деформацій водонасиченої основи шляхом розробки нових прийомів будівництва перегінних тунелів із суцільно-секційною оправою, а також технологій підготовки водонасиченої основи.
Обґрунтування вибору розрахункової моделі ескалаторного тунелю в плоскій і просторовій постановках
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, Україна, 2023) Бєлікова, Софія Іванівна; Тютькін, Олексій Леонідович
UKR: Мета. Виконати аналіз аналітичних і чисельних методів математичного моделювання ескалаторного тунелю. Виявити основні характеристики та відмінності методів, які базуються на плоскій або просторовій постановці. Обґрунтувати вибір розрахункової моделі ескалаторного тунелю та його постановку. Методика. Для досягнення поставленої мети проаналізовано низку аналітичних методів, що ґрунтуються на плоскій (2D) постановці (метод зазору, метод контролю втрати об’єму, метод обмеження переміщення). Розглянуто підходи в чисельних методах, зокрема в методі скінченних елементів, які успішно застосовували плоску постановку. Проаналізовано також і просторову (3D) постановку в методі скінченних елементів. Аналіз чисельного експерименту на основі 3D-моделей показує, що тривимірна структура змушує приймати інтерпретаційні рішення, які не враховані в поперечному перерізі, тобто у двовимірній моделі. Результати. Розроблені скінченно-елементні моделі ескалаторного тунелю в плоскій і просторовій постановках, причому 2D-модельтовщиною 1 м повторювала умови 3D-моделі в її середній частині. Отримані параметри напружено-деформованого стану, які піддавалися порівняльному аналізу. З’ясовано, що значення норм горизонтальних та вертикальних напружень у фрагменті 3D-моделі (середина) та у 2D-моделі мають відмінність відповідно в 3,2 та 7,2%.Наукова новизна. На основі результатів проведеного обґрунтування вибору розрахункової моделі ескалаторного тунелю доведено, що застосування 2D-моделей є адекватним системі взаємодії ескалаторного тунелю з оточуючим масивом. Таке твердження засвідчене майже ідентичним розподілом напружень і деформацій в скінченно-елементних моделях в плоскій і просторовій постановках. Практична значимість. В ході досліджень доведено, що плоска скінченно-елементна модель ескалаторного тунелю є адекватною поставленій задачі за умови її застосування в декількох характерних перерізах ескалаторного тунелю, тобто створення низки моделей в 2D-постановці, що дозволяють врахуватиїї положення по довжині тунелю, що розраховується.
Обґрунтування вибору складових компонентів і методу отримання ґрунтоцементного елементу для підсилення земляного полотна
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2023) Тютькін, Олексій Леонідович; Громова, Олена Вячеславівна
UKR: Мета. Обґрунтування вибору складових компонентів і методів отримання ґрунтоцементного елементу для підсилення земляного полотна в Україні з урахуванням європейського досвіду. Методика. Проаналізовано розроблені і впроваджені в Україні і Європейському Союзі концепції підсилення земляного полотна за допомогою горизонтального підсилення (геосинтетичні матеріали), вертикального підсилення (вертикальні палі або мікропалі) та комбінації геосинтетичних матеріалів з палями. Розглянуті переваги і недоліки фізико-хімічних і механічних методів підсилення. Результати. Проведено обґрунтування матеріалу та складових компонентів ґрунтоцементних елементів і методів їх створення для підсилення земляного полотна залізниць. Одним з ефективних напрямків отримання вертикальних армуючих елементів і зниження вартості робіт з підсилення і укріплення земляного полотна є використання суміші ґрунту з додаванням цементу, отриманих за бурозмішувальною технологією. Для модифікування структури ґрунтоцементу і мінімізації витрати цементу, пропонується застосування в якості армуючих компонентів фіброві волокна, хімічні добавки і тонкодисперсні відходи промисловості у вигляді золи чи меленого шлаку. Проведено дослідження щодо встановлення базових параметрів складу ґрунтоцементу для подальшого модифікування структури елементу під конкретні ситуаційні умови земляного полотна. Наукова новизна. Наукову новизну роботи складають результати обґрунтування напрямів підсилення земляного полотна вертикальними ґрунтоцементними елементами при різному напружено-деформованому стані ґрунтових основ і складу вертикальних елементів в Україні та Європейському Союзі. Практична значимість. Практична значимість викладеного дослідження полягає в тому, що вибираючи той або інший метод підсилення ґрунтових основ, підбирається відповідний склад матеріалу підсилення, тобто може бути визначена його ефективність та раціональність під час впровадження в конкретних умовах експлуатації залізниці для земляного полотна, яке потребує підсилення.
Обґрунтування закономірностей напружено-деформованого стану земляного полотна після впровадження європейської колії
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2024) Тютькін, Олексій Леонідович; Мірошник, Віталій Анатолійович; Бєлікова, Софія Іванівна
UKR: Мета. Впровадження євроколії (1435 мм) на існуючому земляному полотні, що збудовано на території України, є фактором, який призводить до зміни напружено-деформованого стану. Метою статті є обґрунтування закономірностей напружено-деформованого стану земляного полотна на основі результатів чисельного аналізу скінченно-елементних моделей. Методика. Для проведення чисельного аналізу на основі методу скінченних елементів розроблена модель земляного полотна висотою 6 м під суміщену колію. В розробленій моделі відтворено всі реальні геометричні характеристики земляного полотна, верхньої будови колії, а також шпала для суміщеної колії. Розроблена модель дозволяє варіювати прикладення поїзного навантаження із постановкою пари сил на рейках, що мають українське значення ширини колії (1520 мм), а також європейської колії. В моделі також змодельоване підсилення земляного полотна для чотирьох варіантів (без палі, з палею довжиною 2,0, 4,0 і 6,0 м). Результати. Результати чисельного аналізу надали змогу отримати значення горизонтальних та вертикальних напружень, а також отримати закономірності напруженого стану земляного полотна до впровадження європейської колії. Якісний аналіз положення потягу свідчить про те, що зменшення колії та її асиметричне знаходження на шпалі збільшує вертикальні деформації. Найбільшу проблему складає саме асиметричність розподілу вертикальних переміщень. З’ясовано, що зростання довжини вертикального елементу підсилення надає зменшення переміщень в 1,1…1,2 рази. Виявлено, що закономірності зміни переміщень земляного полотна при варіації довжини вертикального елемента підсилення є лінійними для горизонтальної компоненти та поліноміальними другого ступеня для вертикальної. Наукова новизна. Вперше на основі закономірностей напружено-деформованого стану земляного полотна отримано картину формування напружень та розповсюдження деформацій до і після влаштування європейської колії. Практична значимість. На основі результатів чисельного аналізу з’ясовано, що збільшення довжини вертикального елементу підсилення на 2,0 м надає зменшення переміщень на 10…20 %. Ці дані надають змогу для створення методики первинного підбору параметрів елементу підсилення.
Обґрунтування конструкції понтонно-канатного мосту з точки зору концепції тенсеґріті
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2024) Овчинников, Павло Андрійович; Тютькін, Олексій Леонідович
UKR: Мета. Метою даної роботи є аналіз досвіду реалізації концепції тенсеґріті, а також дослідження вже побудованих конструкцій і таких, що наразі проєктуються за таким принципом. Передбачено також визначення основних ознак та характеристик тенсеґріті-конструкцій і розгляд запропонованої раніше конструкції понтонно-канатного мосту з точки зору даної концепції. На основі проаналізованих даних пропонується розробити альтернативні конструкції понтонно-канатного мосту. Методика. Аналіз літературних джерел, даних про побудовані та запроєктовані мості та інші конструкції; аналіз та синтез елементів будівельних конструкцій. Результати. На основі результатів аналізу визначено основні ознаки тенсеґріті-конструкцій, а також принципи чисельного аналізу конструкцій для визначення деяких кількісних показників таких систем. Зроблено висновки про формальну неналежність до тенсеґріті-конструкцій як побудованих мостів і інших конструкцій, так і понтонно-канатного мосту. На основі задачі з пошуку архітектурних форм купольних систем через розрізання осесиметричних, запропоновано «первісну» симетричну конструкцію для понтонно-канатного мосту, що відповідатиме визначеним ознакам. За результатами дослідження існуючих кабельних і тенсеґріті-конструкцій запропоновано три альтернативні архітектурні форми для понтонно-канатного мосту. Наукова новизна. Виконано аналіз існуючих джерел, включаючи побудовані та проєктовані мости і споруди, що присвячені концепції тенсеґріті. Зроблено висновок про можливість і доцільність застосування даної концепції для запропонованого раніше понтонно-канатного мосту. Доведено, що в подальшому даний міст можна розглядати з точки зору тенсеґріті за умови введення деяких теоретичних припущень чи допоміжних елементів. Практична значимість. Для існуючої конструкції понтонно-канатного мосту, після погляду на неї з точки зору тенсеґріті та інших кабельних конструкцій, запропоновано альтернативні форми, що можуть мати додаткові переваги для конкретних умов проєктування чи будівництва.
Обґрунтування концепцій підсилення земляного полотна в Україні та Європейському Союзі
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2023) Дубінчик, Ольга Іванівна; Мірошник, Віталій Анатолійович; Тютькін, Олексій Леонідович
UKR: Мета. Обґрунтування концепцій підсилення земляного полотна в Україні та Європейському Союзі. В статті на базі досвіду, отриманого в області підвищення міцності та стійкості об’єктів, зведених з ґрунту, та на основі ранжування параметрів доводиться гіпотеза про найбільшу ефективність вертикальних елемен-тів підсилення на відміну від всіх інших у випадку перевлаштування під суміщену колію (1520/1435 мм). Методика. Розглянуто регламентовані ЦП-0204 «Правила улаштування основної площадки земляного по-лотна при виконанні капітального ремонту та модернізації колії» варіанти підсилення земляного полотна геотекстилем або георешіткою, а також шаром, що мало деформується. Проаналізовано розроблені і впрова-джені в Європейському Союзі три концепції підсилення за допомогою: 1) геосинтетичних матеріалів; 2) ве-ртикальних паль або мікропаль; 3) комбінації геосинтетичних матеріалів з палями. Результати. Проведене ранжування методів підсилення земляного полотна за позитивними та негативними параметрами, які харак-теризують ситуацію розміщення в ґрунтовій матриці елементів підсилення. Параметри підсилення розділені на позитивні (зменшення горизонтальних та вертикальних деформацій) та негативні (параметри технології). Визначено, що максимальне значення позитивного впливу на зменшення вертикальних деформацій надають варіанти вертикальних паль або мікропаль, створених на основі бурозмішувальної технології або jet-grouting. Наукова новизна. Вперше на основі формул ранжування за позитивними та негативними парамет-рами виконане обґрунтування концепцій підсилення земляного полотна в Україні та Європейському Союзі. Практична значимість. Будь-який метод підсилення до його практичної реалізації може бути ранжований, тобто може бути визначена його ефективність та раціональність під час впровадження в конкретних ситуа-ціях експлуатації залізниці, земляне полотно якої потребує підсилення.
Обґрунтування параметрів дискретизації при чисельному аналізі тунелів неколового окреслення
(Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту ім. акад. В. Лазаряна, Дніпро, 2017) Купрій, Володимир Павлович; Тютькін, Олексій Леонідович; Захарченко, Павло Євгенович
UKR: Мета. В статті досліджено вплив на напружено-деформований стан дискретизації скінчено-елементної моделі в чисельному аналізі тунелів неколового окреслення. Методика. Для досягнення поставленої мети, авторами було розроблено три скінчено-елементні моделі калотної частини виробки при будівництві двоколійного залізничного тунелю. В кожній з моделей в програмному комплексі «Ліра» конкретним чином було дискретизовано зону взаємодії з тимчасовим кріпленням. Після створення моделей, проводився їх чисельний аналіз із детальним дослідженням його результатів. Результати. Отримано значення деформацій і напружень скінчено-елементних моделей по горизонтальній і вертикальній осям, а також максимальні значення моментів і поздовжніх сил в тимчасовому кріпленні. Проведено порівняльний аналіз отриманих значень. Побудовані графіки закономірностей вказаних результатів від особливостей дискретизації двох моделей. Досліджено третю скінчено-елементну модель з радіальною розбивкою вузлів у зоні взаємодії тимчасового кріплення з оточуючим ґрунтовим масивом. Наукова новизна. Встановлено, що при чисельному аналізі НДС тунельної оправи неколового окреслення його результати суттєво залежать від форми, розмірів та конфігурації застосовуваних скінчених елементів, від розмірів розрахункової області ґрунтового масиву, а також від умов його закріплення (граничних умов). Практична значимість. Визначено особливості дискретизації та необхідні розміри розрахункової області ґрунтового масиву при моделюванні системи «оправа – ґрунтовий масив», що забезпечують достатню точність розрахунку параметрів напружено-деформованого стану оправи.
Обґрунтування розрахункової стратегії дослідження конструкції похилого тунелю, що споруджується NATM
(Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро, 2022) Тютькін, Олексій Леонідович; Бєлікова, Софія Іванівна
UKR: Мета. На основі аналізу розрахункових стратегій (аналітична, експериментальна, чисельна) та їх методологічних особливостей, провести обґрунтування найбільш доцільної для дослідження конструкції похилого тунелю, що споруджується NATM. Методика. Для досягнення поставленої мети проведений аналіз розрахункових стратегій (аналітична, експериментальна, чисельна). Проаналізовано особливості кожної стратегії для умов підземних виробок та випадку конструкції похилого тунелю, що споруджується NATM. Визначено, яким чином кожна розрахункова стратегія надає можливості досліджувати похилі тунелі. Результати. Визначені переваги та недоліки трьох розрахункових стратегій (аналітична, експериментальна, чисельна) для дослідження конструкції похилого тунелю, що споруджується NATM. Відзначено, що аналітична та експериментальна стратегії мають особливі переваги, але відмічені значною трудомісткістю під час проведення дослідження. Аналітичні методи дослідження не можуть в повному обсязі відобразити складну багатошарову конструкцію похилого тунелю, що споруджується NATM. Експериментальні методи позначені високим рівнем складності втілення. На основі порівняльного аналізу виявлено, що чисельний аналіз є єдиною розрахунковою стратегією, яка характеризується помірними витратами праці дослідників та високим рівнем точності результатів розрахунку. Наукова новизна. На основі результатів порівняльного аналізу розрахункових стратегій (аналітична, експериментальна, чисельна) доведено, що чисельний аналіз позбавлений низки суттєвих недоліків (уведення додаткових спрощень як в аналітичних методах та трудомістке відображення реальної ситуації в експериментальних моделях). Практична значимість. В ході досліджень проведене обґрунтування чисельної розрахункової стратегії дослідження конструкції похилого тунелю, що споруджується NATM, як найбільш раціональної в практичному плані.
Обґрунтування технології спорудження ескалаторного тунелю на основі результатів натурних досліджень
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2023) Бєлікова, Софія Іванівна; Тютькін, Олексій Леонідович
UKR: Мета. Автори ставлять за мету обґрунтувати нову для України технологію спорудження ескалаторного тунелю на основі результатів натурних досліджень, виконаних у рамках маркшейдерських вимірювань під час будівництва похилого ходу Дніпровського метрополітену. Методика. У статті проаналізовано магістра-льну технологію спорудження ескалаторного тунелю, що базувалася на розробці похилої виробки зверху вниз із попередньою підготовкою масиву за допомогою штучного заморожування ґрунту. Розглянуто декілька ви-падків застосування способу будівництва ескалаторного тунелю знизу вгору за допомогою Новоавстрійського методу спорудження тунелів (NATM), який успішно застосовують у метрополітенах інших країн. Основною засадою застосування методу є те, що як тимчасове (первинне) кріплення використовують систему торкрету-вання, а постійним кріпленням служить система армування із застосуванням монолітного бетонування. Результати. Автори проаналізували особливості проходки ескалаторного тунелю Дніпровського метрополі-тену турецькою компанією «Limak» у 2017–2018 рр. Відзначено, що розробка відбувалась знизу вгору в умовах міцних скельних порід (плагіограніт) з використанням буровибухових робіт. Проаналізовано хара-ктерні результати натурних досліджень під час проведення буровибухових робіт у процесі розробки калоти. На основі цих даних можна прослідкувати тенденцію до появи під час проходки незначних переборів. Значення деформованого стану (переміщення контуру оправи, що запроєктована) перебуває в нормативних межах, що свідчить про ефективне застосування вказаних робіт у рамках NATM. Доведено, що в умовах воєнних дій технологія будівництва ескалаторного тунелю знизу вгору є запорукою безпеки працівників і техніки. Наукова новизна. Результати наукової роботи, наведені у статті, дозволяють визначити рівень деформова-ного стану під час проходки ескалаторного тунелю Дніпровського метрополітену в міцних породах. Під час натурних досліджень отримано залежності деформування плагіограніту в калоті похилого ходу. Практична значимість. Обґрунтовано альтернативну технології спорудження ескалаторного тунелю знизу вгору на основі NATM із забезпеченням нормативного деформування навколишнього породного масиву.