О исследовании живучести строительных систем при помощи частотного анализа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оренбургский государственный университет, Оренбург

О исследовании живучести строительных систем при помощи частотного анализа

Столповский Г.А., кагд.техн.наук; Сычев Д.А., Романюк П.В.,

Романюк В.Н., Герц В.А.

Для обеспечения надежности строительных конструкций важно учитывать требования расчета и проектирования, описанные строительными правилами и нормами, напрямую связанные с расходом материала, следовательно, и со стоимостью конструкции. Необходимая надежность обеспечивается требованиями норм проектирования и зависит от методов ведения расчета, принятой расчетной схемы, вида соединений основных элементов строительных конструкций, правил конструирования, условий приемки конструкций при изготовлении и монтаже и т.д. Конструкции в строительстве должны удовлетворять таким требованиям, чтобы при возведении и эксплуатации здания они были обеспечены достаточной надежностью при действии статических и динамических нагрузок.

В последнее время существенно возрос интерес к проблеме обеспечения живучести строительных конструкций и их диагностика, которая позволяет не только спрогнозировать появление аварийных ситуаций, но и предотвратить их возникновение. Под термином «живучесть» следует понимать свойство строительных конструкций сохранять свою работоспособность даже после выхода из работы какой-либо ее части, или обеспечение устойчивости здания или сооружения к прогрессирующему обрушению. Под прогрессирующим обрушением понимается распространение начального локального повреждения в виде «цепной реакции» от одного элемента к другому, которое, в конечном счете, приводит к обрушению отдельных конструкций или всего здания, или сооружения в целом. живучесть проектирование сооружение строительный

Необходимость учета живучести возникает при проектировании зданий и сооружений, которые подвержены угрозам возникновения взрывных и ударных воздействий, таких как промышленные здания, связанные с взрывоопасными производственными процессами, помещения ядерных реакторов и т.п. Также возникает необходимость учета живучести и при проектировании обычных гражданских зданий. Это связано с тем, что в настоящее время существует и наблюдается тенденция к увеличению взрывных аварий в обычных гражданских зданиях, вследствие взрывов взрывчатых веществ при их неправильном хранении и транспортировке.

При реконструкции зданий и сооружений очень часто возникает проблема усиления конструкций под новые технологические процессы, поэтому разработка новых и улучшение существующих методов неразрушающего контроля показателей, характеризующих качество изготовления конструкций и ее работоспособность в здании и сооружении, до сих пор актуальна. В связи с этим нашел свое применение интегральный метод неразрушающего вибрационного контроля, в котором основные параметры определяются по обобщенным характеристикам (форме, частоте, логарифмическому декременту колебаний и т.д.). Преимущества данного метода заключается в способности отражать совместную работу основных составных элементов конструкций. С помощью вибрационного метода представляется возможным определение не только качественных характеристик материалов, но и количественное определение характеристик прочности, жесткости и устойчивости. Вибрационный метод интегральной оценки качества и надежности конструкций может быть успешно применен для выявления места расположения дефекта изделия по его длине, что позволит существенно сократить время обследования конструкции.

Рисунок 1 - Исследование живучести при кратковременном действии нагрузки

Рисунок 2 - Исследование живучести при длительном действии нагрузки

На чувствительность системы большое влияние оказывает как естественные, так и технологические неоднородности конструкций, которые проявляется на стадии изготовления и эксплуатации отдельных элементов или строительных конструкций в целом. Под неоднородным в общем случае понимается объект, механические, жесткостные, теплофизические и другие характеристики которого определенным образом меняются по его объему. Кроме того, неоднородность является одним из факторов, оказывающих существенное влияние на картину напряженно-деформированного состояния конструкции. Анализ причин возникновения неоднородности, проектирование и производство конструкций с неоднородностью указывают на актуальность и большое практическое значение постановки задач механики неоднородных тел и разработки эффективных методов их решения.

В настоящее время единой методики проверки строительных конструкций на живучесть не существует. Поэтому в методику оценки живучести включают следующие утверждения и положения:

- в расчете по третьему предельному состоянию учитывается потеря первоначальной прочности. Иными словами, рассматривается поведение строительной конструкции в поврежденном состоянии;

- в качестве аварийных воздействий принимают отказы конструктивных элементов. Такие воздействия рассматриваются как случайные, искусственные. Например, возможны ошибки непосредственно на стадии проектирования здания или сооружения, ведения расчетов, нарушение правил при их возведении;

- в теории живучести основным принципом является принцип единичного отказа. Согласно данному принципу система должна быть работоспособной при любом начальном и единственном событии, которое вызывает разрушение системы. Другими словами, выход из работы одного элемента не должен повлиять на работоспособность здания или сооружения при любом другом исходе событий. Таким образом, в расчете считается начальный отказ конструктивного элемента абсолютным или равным 100%. В существующих конструкциях считается недопустимым использование основных элементов, которые привели к отказу всей конструкции при любом аварийном состоянии;

- для реального здания, учитывая незначительную вероятность и недолгую продолжительность аварийной ситуации, следует выполнять расчет при действии постоянных нагрузок (нормативных значений) и длительных составляющих временных нагрузок;

- узловые соединения конструктивных элементов для проектируемых конструкций принимаются равными по прочности элементам;

- живучесть необходимо изучать как логико-вероятностную модель, которая давно и успешно применяется в различных сферах человеческой жизнедеятельности. В логических моделях используется аппарат теории графов для анализа топологии системы и взаимного влияния частей системы друг на друга;

- за меру живучести было принято условие -- живучесть конструкции обеспечена в случае первичных отказов элементов, не приводящих к обрушению других элементов, на которые перераспределяется нагрузка.

В настоящее время используются две модели для определения живучести строительных конструкций: детерминированная и вероятностная.

Детерминированная модель предполагает изучение напряженно-деформированного состояния конструктивной системы с оценкой прочности и устойчивости при разрушении одного или нескольких несущих элементов.

Критериями вероятностной модели являются показатели надежности конструкций. В числе таких показателей могут быть индекс надежности, индекс живучести и т.д.

В общем случае расчет на живучесть сводится к расчету устойчивости здания или сооружения против прогрессирующего разрушения с учетом с учетом пластических деформаций при предельных нагрузках.

Несмотря на стремительный и постоянный прогресс в области проектирования зданий и сооружений и их возведения, во всем мире проблема живучести далека от совершенства. Зачастую вследствие этого возникают непредвиденные разрушения, приводящие к непригодности эксплуатации здания.

Существует множество причин, главной из которых является человеческий фактор: ошибки при проектировании и ведения расчетов, несоблюдение правил и норм при возведении объекта, неправильная эксплуатация здания или сооружения. Во многих случаях исследование строительных конструкций на живучесть помогла бы проектировщикам решить данные проблемы. Существует множество способов повышения живучести конструкций в отдельности и всего здания и сооружения в целом. Одним из способов является ввод дополнительных опорных закреплений и связей конструкции, которые в случае обрушения одной конструкции помогут перераспределить напряжения с нее на соседние. Использование материалов с более высокими прочностными показателями также помогут повысить живучесть. На стадии проектирования необходимо использовать более инновационные программные комплексы, на строительной площадке этого можно добиться использованием современных измерительных приборов: тахеометр, лазерный уровень, лазерная линейка, точность которых позволяет максимально приблизить натурные конструкции к проектным.

Таким образом, проблема оценки живучести строительных конструкций актуальна на сегодняшний день, которая позволит в будущем проектировать и возводить более надежные и устойчивые конструктивные элементы зданий и сооружений, которые не будут допускать их разрушений.

Список использованной литературы

1. Ахметов И.Г. Молодой ученый: международный научный журнал, часть 1 / ООО «Издательство Молодой ученый», 2017 - 96 с.

2. Назаров Ю.П., Городецкий А.С., Симбиркин В.Н. К проблеме обеспечения живучести строительных конструкций при аварийных воздействиях / Строительная механика и расчет сооружений - 2009 - 5 с.

3. Краснощеков Ю.В., Мельникова С.О., Екимов А.А. Живучесть многоэтажного здания со связевым каркасом: вестник СибАДИ, выпуск 2 / Краснощеков Ю.В., Мельникова С.О., Екимов А.А. ФГБОУ ВПО «СибАДИ», Омск, 2016 - 106 с.

4. Уварова Т.Э., Помников Е.Е., Наркевич А.С. Теоретические основы надежности строительных конструкций, зданий и сооружений: вестник инженерной школы ДВФУ / Уварова Т.Э., Помников Е.Е., Наркевич А.С. - Влади-восток: ДВФУ, 2012 - 111-115 с.

5. Райзер В.Д. Теория надежности сооружений. Научное издание. - М: Издательство АСВ, 2010. - 384 с.

6. Гусев А.С. Сопротивление усталости и живучести конструкций при случайных нагрузках. - М: Машиностроение, 1989. - 248 с.

7. Кадомцев М.И., Ляпин А.А., Шатилов Ю.Ю. Вибродиагностика строительных конструкций. - Ростов-на-Дону: РГСУ, Вестник Дона, 2012. - 576-579 с.

Размещено на Allbest.ru