О направлениях и специальностях

Научная школа «Применение вероятностных методов в

задачах расчета зданий и сооружений»

Руководитель школы

Чл.-корр. РААСН, проф., д.т.н. Мондрус Владимир Львович

Школа основана в 70-е годы прошлого века проф., д.т.н. Соболевым Дмитрием Николаевичем. Работы выполнялись под руководством проф., д.т.н. Макарова Бориса Петровича, доц., к.т.н. Гагина Владимира Ивановича, чл.-корр. РААСН, проф., д.т.н. Мондруса Владимира Львовича.

В рамках работы научной школы защищено более 30 кандидатских и докторских диссертаций.

Работы, выполненные в первые годы зарождения школы, были посвящены расчету сооружений на стохастически-неоднородном основании. При анализе физико-механических свойств неоднородного подстилающего массива, необходимо знание статистических характеристик пространственных неоднородностей, т.е. дисперсии модулей, их корреляционных функций, спектральных плотностей. В этом случае задача сводится к выявлению влияния случайных неоднородностей грунтового массива в зоне сооружения на характер и параметры сейсмической волны, причем вероятностные характеристики как бы «привязаны» к конкретному району застройки.

Дальнейшее развитие перешло в решение задач сейсмостойкого строительства, в которых ключевой является проблема определения сейсмического воздействия на здания и сооружения. В настоящее время достаточно полно разработаны расчетные схемы и математические модели сейсмостойких строительных конструкций. Что касается воздействий на сооружения при землетрясениях, взрывах и т.д., то для их описания нет единой методики, учитывающей реальные геологические условия, особенности протекания временных процессов, случайный характер динамического процесса.

Сейсмическая волна, воздействующая на сооружение, формируется в зависимости от большого числа неконтролируемых факторов. К ним относятся расстояние от очага (эпицентра), структуры пород на пути распространения и их физико-механические свойства, спектральный состав движения и т.д. Учесть все эти факторы в единой модели практически невозможно. В тоже время, создание соответствующей методики, учитывающей предысторию процесса, по-видимому, нецелесообразно с точки зрения задач проектирования. Грунтовый массив, представляющий собой, как правило, пространственно-неоднородную среду обладает «сглаживающими» свойствами. При этом параметры волны в основном формируются в зависимости от статистических характеристик пород в зоне застройки, с учетом интерференции взаимодействующих волновых фронтов, дифракции на различных препятствиях, отражения и прохождения на границах грунтовых массивов и фундаментов сооружений.

Задачи распространения волн в средах с флуктуирующими параметрами решаются в основном приближенными методами, так как дифференциальные уравнения для амплитуд волны содержат в коэффициентах случайные функции, описывающие параметры флуктуирующей среды, причем характер приближения зависит от условий задачи. Исследование волновых процессов в стохастически-неоднородных средах состоит в изучении различных явлений, сопровождающих распространение волн, определении статистических характеристик волновых полей.

Характер развития процесса во времени устанавливается путем статистической обработки типовых сейсмограмм, акселерограмм для данного района застройки. В настоящее время хорошо разработаны способы аппроксимации этих данных и модели стационарных и нестационарных процессов, описывающих землетрясения.

Эти задачи приобретают важное прикладное значение в сейсмостойком строительстве, где вопросы определения и исследования воздействий на сооружения являются ключевыми.

Кроме задач сейсмостойкого строительства, систематическое описание и изучение сейсмических воздействий имеет большое значение для обеспечения безопасности населения, научного исследования эволюции Земли, в разведке полезных ископаемых, поиске месторождений нефти и газа.

Научная школа «Вибро- и сейсмозащита зданий и сооружений»

Руководители школы

Проф., д.ф-м. н. Кузнецов Сергей Владимирович.

Чл.-корр. РААСН, проф., д.т.н. Мондрус Владимир Львович.

Школа основана в 90-х годах XX века

Исследования по этой тематике ведутся в тесном взаимодействии с Институтами Проблем Механики РАН, Проблем Машиноведения РАН, Физики Земли HFY, МГТУ им. Баумана, а также с зарубежными организациями – INSA–Lyon (Франция), Институт Сейсмостойкого Строительства им. Урузбаева (Узбекистан), NNU (Тайвань), Keele University (Великобритания).

По этой тематике авторами выполняется ряд проектов, получивших финансирование Российского Фонда Фундаментальных Исследований (гранты 20-08-00419, 19-01-00100, 18-58-41001, 17-08-00311), Российского Научного Фонда (гранты 20-49-08002, 20-11-20133, 19-19-00616), а также ряда Программ Президиума РАН.

Основные исследования по этому направлению опубликованы в ведущих научных журналах, имеющих высокие индексы научного цитирования и входящих в первые квартили WoS.

Исследования авторов включают недавние работы 2019 – 2021 гг. по следующим направлениям: (1) разработка теории распространения сейсмических поверхностных волн Рэлея – Лэмба, Лява, SH волн, некоторых интерфейсных волн, включая волны Стоунли, а так же эванесцентных SP волн в стратифицированном и функционально-градиентном полупространствах; (2) разработка теории поверхностных волн Похгаммера – Кри; (3) разработка методов сейсмической и вибрационной защиты от поверхностных сейсмических волн различной этиологии на основе моногенных барьеров различных типов; (4) разработка методов сейсмической защиты на основе гранулированных метаматериалов, обладающих свойствами широкодиапазонных фононных кристаллов; (5) разработка теории динамического разрушения при образовании ударных волновых фронтов на основе теории псевдодифферециальных операторов и теории трещин; (6) решение внутренней и внешней задач Лэмба от обобщенных источников для исследования волновых процессов в эпицентральных зонах.

Исследования авторов позволили разработать теоретические основы принципиально новой системы сейсмической и вибрационной защиты от всех основных видов поверхностных сейсмических волн, а также от ударных эванесцентных SP волн, возникающих в окрестности эпицентров землетрясений и подземных взрывов и распространяющихся параллельно Земной поверхности со скоростью быстрой P волны. Эванесцентные SP волны, будучи подповерхностными волнами, представляют исключительную опасность для фундаментных конструкций зданий, а так же для подземных сооружений.

Исследования по применению гранулированные метаматериалов в качестве сейсмических подушек осуществлялись авторами совместно с INSA – Lyon (Франция) для моста Рион – Антирион (Греция), находящегося в сейсмически опасной зоне.

Особенно важными представляются совместные исследования методов сейсмической защиты особо опасных объектов, осуществляемые авторами в рамках совместного проекта РНФ – MOST (Тайвань).

Члены авторского коллектива совместно с коллегами из Узбекистана в рамках совместного проекта РФФИ – РАУз разрабатывают системы территориальной сейсмической защиты от волн Рэлея – Лэмба для взлетных полос аэродромов, расположенных в сейсмически опасных районах Узбекистана.

В заключение надо отметить, что под руководством авторов научной школы защищено более 15 диссертаций на соискание ученых степеней кандидата и доктора наук, в том числе за рубежом (INSA – Lyon). 

Научная школа «Динамика строительных конструкций»

Руководитель школы

Проф., д.т.н. Чернов Юрий Тихонович

Школа основана в 90-х годах XX века

В рамках работы научной школы защищено более 15 кандидатских и докторских диссертаций.

Одно из основных направлений работы руководителя школы и его учеников – расчет фундаментных плит на упругом основании (грунте) под виброактивное оборудование различного типа.

Рассматриваются вопросы, связанные с расчетом, проектированием и нормированием уровня колебаний строительных конструкций; подвергающихся динамическим воздействиям (преимущественно от виброактивного оборудования).

Основное внимание в работе школы уделяется изложению аналитических методов прикладной динамики - «нормальных форм» и методов, основанных на использовании- передаточных и импульсных переходных функций линейных динамических систем. Рассматриваются задачи динамического расчета строительных конструкций, в частности перекрытий и тонких фундаментных плит совместно с оборудованием, массивных тел, применительно к расчету массивных фундаментов и виброизолированного оборудования.

Задачи рассматриваются как в линейной, так и в нелинейной постановках. Оригинальным приемом является учет изменения расчетной схемы сооружения в процессе колебаний, при этом используется шаговой метод по времени, когда на каждом шаге корректируются частоты и формы колебаний, а также значения нагрузки, и, как следствие, - уточняется расчетная схема.

Большое внимание в работе школы уделяется основным принципам нормирования и нормируемых параметров.

Научная школа «Решение разрывных задач строительной

механики с привлечением разностных методов»

Руководитель школы

Проф., д.т.н. Филатов Владимир Владимирович

Школа основана в 80-х годах XX века

Основатель научной школы – проф., д.т.н. Габбасов Радек Фатыхович (1934-2020).  

Направление исследований научной школы – развитие разностных методов при изучении работы балок, плит, оболочек: на действие разрывных статических и динамических нагрузок; на устойчивость; конструкций, контактирующих с упругим основанием; в линейной и не линейной постановке; монолитных и многослойных.

Габбасов Р.Ф. является автором метода последовательных аппроксимаций (МПА), нашедшим широкое применение при расчете строительных конструкций и обобщенной формы метода конечных разностей, учитывающей разрывы искомой функции и ее первой производной

Радеком Фатыховичем подготовлено 5 докторов технических наук и 25 кандидатов технических наук. Среди них представители Вьетнама, Камеруна, Таджикистана, Египта.