Рис. 1. Схема программы исследований моделей кирпичных и армокирпичных стен численным методом

Изучение напряженно-деформированного состояния армированных стен из кирпичной кладки проводилось методом конечных элементов по ППП АП ЖБК – программе «Лира». При разработке расчетных схем ставилась задача получить напряженно-деформированное состояние для каждого вида материала, то есть кирпича, раствора и арматуры. Построены два типа расчетных схем конечных элементов, имитирующих исследуемые стены. Размеры и схемы конечных элементов принимались одинаковыми. Размер конечных элементов, имитирующих кирпич, составляет 60х60 мм; размер конечных элементов, имитирующих раствор, – 15х15 мм. В связи с тем что исследуемая арматура располагается в швах кирпичной кладки, то есть в растворе, размеры конечных элементов, имитирующих наличие арматуры, принимались аналогичными размерам элементов имитирующих наличие раствора, то есть 15х15 мм. Таким образом, отличительной особенностью двух типов схем является то, что схемы второго типа имитируют армокладку; при этом вводятся два вида модуля деформаций: модуль деформации кладки и модуль деформации арматуры. В схемах первого типа присутствуют также два вида модулей деформаций – кирпича и раствора [1-3].

Расчетные схемы конечных элементов, описанные выше, показаны на рис. 2 и 3.

Схемы нагружения принимались в полном соответствии с физическим экспериментом – это означает, что вертикальное и горизонтальное усилие прикладывалось равномерно по длине стен в узлах пересечения стержней – сетки конечных элементов.

Рис.2. Расчетные схемы кирпичных и армокирпичных стен:

а – серии СК-1; б – серии СКА-2

Рис. 3. Расчетные схемы армокирпичных стен:

а – серии СКА-3; б – серии СКА-4

Расчет кирпичных и армокирпичных стен, имеющих расчетные схемы, изображенные на рис. 3.2 и 3.3, производился на персональном компьютере Pentium III-700. Получены величины и эпюры распределения нормальных и касательных напряжений, а также траектории и эпюры распределения главных напряжений.

На рис. 4…7 показаны характеры распределения нормальных напряжений (деформаций) по горизонтальным и вертикальным сечениям, проходящим через центр тяжести конечных элементов. Характер распределения нормальных напряжений s_x и s_y отличается неравномерным распределением указанных напряжений по поверхности стены. Наибольшее значение напряжений соответствует зонам, близкорасположенным к линии действия сил. Таким образом, центральная часть поверхности стен оказывается слабонапряженной нормальные напряжения s_x и s_y в образцах стен с N = 0 имеют одну нулевую линию. С увеличением величины вертикальной нагрузки происходит образование новых нулевых линий. При нагрузке N = 0,5N_u количество нулевых линий увеличивается вдвое. Одновременно растет величина напряжений. С дальнейшим ростом величины вертикальной нагрузки количество нулевых линий не увеличивается, изменяются зона и траектория их расположения. В целом характер напряжений характеризуется искривлением и увеличением числа линий и смещением их в малонапряженные зоны, в сторону верхней правой грани.

Рис.4. Эпюры напряжений s_х: а – серии СК-1; б – серии СКА-2

Рис. 5. Эпюры напряжений s_х: а – серии СКА-3; б – серии СКА-4

Наличие арматурных сеток приводит к перераспределению деформаций (напряжений) от максимальных значений (в уровне расположения сеток), до минимального значения (между сетками). Степень неравномерности увеличивается по мере уменьшения шага сеток. В целом горизонтально расположенная арматура не меняет общей картины распределения нормальных напряжений s_x и s_y, описанных выше.

При армировании стен пространственным каркасом, в который входят горизонтальные сетки, редко расположенные по высоте стены и имеющие меньшее количество стержней, принцип воздействия арматурных стержней не изменяется, то есть вертикальные стержни каркаса оказывают сдерживающее влияние на развитие деформаций по высоте и толщине стены. Горизонтальные стержни препятствуют развитию деформаций по длине и толщине. Сдерживающее влияние арматурных стержней снижается и становится минимальным на вертикальных и горизонтальных линиях, проходящих по средней части участков стен, расположенных соответственно между соседними вертикальными, либо горизонтальными арматурными стержнями.

Рис. 6. Эпюры напряжений s_у: а – серии СК-1; б – серии СКА-2

    Рис. 7. Эпюры напряжений s_у:     а – серии СКА-3; б – серии СКА-4

Специфика региональных систем электроснабжения определена целым  спектром задач. Ключевые из которых: поддержание социальной стабильности и комфортных условий проживания в труднодоступных районах, ориентация на доступные  виды энергоносителей, минимизация логистических затрат [1,2]. Настоящие проблемы и задачи региональных изолированных  электроэнергетических систем характерны для большинства стран, независимо от климата.

Особенное значение для России такой указанной проблемы привело к созданию  Технологической платформы «Малая распределенная энергетика», и к выделению развития распределенной энергетики как одного из направлений «Энергетической стратегии России на период до 2030 года» [1].

В настоящее время малая электроэнергетика России состоит из более 49000 малых электростанций общей мощностью более 17 млн. кВт  (около 8% от всей установленной мощности электростанций России), работающих как в энергосистемах, так и автономно. Общая годовая выработка электроэнергии на этих электростанциях достигает 5% от выработки всех электростанций страны. Средняя установленная мощность малых электростанций составляет примерно 340 кВт. Основной источник электрической энергии малой электростанции – дизельный электрогенератор[2,3] .

Указанные обстоятельства ведут к росту расходования дизельного топлива, что сопровождается появлением экологических, ценовых, логистических и целого спектра других специфических явлений. Достаточно указать на появление регионов с разбросом  стоимости одного кВт*час полученного от ДЭС доходящего до 30 раз  [3].

Выявленные проблемы региональных систем электроснабжения требуют решения целого спектра взаимно увязанных задач [4,5,6,7]:

- создание методик оптимизации размещения малых электростанций;

- разработка малых электростанций адаптированных к местным энергетическим ресурсам;

- создание методик проектирования электротехнических комплексов малой энергетики оптимальных в смысле энергоэффективности;

- создание методик и вычислительных инструментов анализа электротехнических комплексов;

- создание электротехнических комплексов, на базе дизельных электростанций, минимизирующих расход ресурсов при сохранении качества и надежности поставляемой энергии;

- создание многокомпонентных, в смысле видов первичных источников энергии, автономных систем энергоснабжения;

- создание систем повышения квалификации и переподготовки кадров в области МЭ.