» » Надежность строительных конструкций ответственных объектов при воздействии особого вида динамической нагрузки

Надежность строительных конструкций ответственных объектов при воздействии особого вида динамической нагрузки

Опубликовал admin | В категории: Строительные конструкции | Дата: 11-12-2016, 04:46 | Просмотров:

Надежность строительных конструкций ответственных объектов при воздействии особого вида динамической нагрузкиИ проектный институт стальных конструкций.

ИМЕНИ В.М. Шимановский.

ШИРШОВ Валерий Георгиевич.

Надежность строительных конструкций ответственных объектов при воздействии особого вида динамической нагрузки.

05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения.

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т.

диссертации на соискание ученой степени.

кандидата технических наук.

Актуальность темы исследования.

Работа выполнена на кафедре Компьютерные технологии строительства Национального авиационного университета Министерства образования и науки Украины. Киев.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор.

Верюжский Юрий Васильевич.

Национальный авиационный университет.

заведующий кафедрой.

Официальные оппоненты: доктор технических наук.

Перельмутер Анатолий Викторович, Украинский институт исследований окружающей среды и ресурсов, главный научный сотрудник, г. Киев.

кандидат технических наук.

Мар енков Николай Григорьевич.

Научно-исследовательский институт строительных конструкций, заведующий лабораторией динамических испытаний строительных конструкций, м. Киев.

Ведущая организация: Донбасская государственная академия строительства и архитектуры Министерства образования и науки Украины. Макеевка.

Защита состоится 10 июня 2004 в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 26.857.01 в Открытом акционерном обществе Украинский научно-исследовательский и проектный институт стальных конструкций имени В.М. Шимановского по адресу: 02660, МСП-660, м. Киев, ул. Освободителей, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Открытого акционерного общества Украинский научно-исследовательский и проектный институт стальных конструкций имени В.М. Шимановского по адресу: 02660МСП-660, м. Киев, ул. Освободителей, 1.

Автореферат разослан 06.5.2004 г.

диссертационного совета Д 26.857.01.

д.т.н. Профессор А.И. Оглобля.

Актуальность темы. Обеспечение надежности и безопасности функционирования зданий и сооружений особой социальной и экономической значимости, относящихся к классу ответственных объектов, реализуется не только для нормальных условий эксплуатации, но и при чрезвычайных ситуациях и действиях особых видов динамических нагрузок.

Одним из самых опасных видов динамического воздействия является падение воздушного судна. Главной особенностью данного вида нагрузки является большая интенсивность, комплексный характер воздействия, жидкий и случайный характер ее проявления.

Необходимость учета последствий падения воздушного судна основывается в результате анализа воздушной обстановки в районе расположения ответственного объекта или оценки вероятности падения воздушного судна.

При учете падения воздушного судна Анализ воздушной обстановки в районе расположения ответственного объекта или оценка вероятности падения является основанием для учета возможных аварийных факторов, которые могут быть последствиями катастрофы воздушного судна. к рассмотрению принимаются консервативные условия: максимальные динамические характеристики скорость и масса воздушного судна, наиболее опасный угол падения.

Существующая плотная сеть воздушных трасс и коридоров динамично развивается и оставляет все меньше свободного пространства на земле для возведения зданий и сооружений таким образом, чтобы исключить негативное влияние и обеспечить конструкционную и экологическую безопасность объекта от падения воздушного судна. С другой стороны, безопасные еще некоторое время назад авиалинии на современном этапе вполне могут считаться источниками потенциальной угрозы, особенно с учетом постоянного роста расчетных динамических характеристик воздушных судов. Кроме того, вполне вероятным появление ситуации, когда воздушной движение в районе розташування ответственного объекта становится действительно необходимым.

Случайный характер падения и динамических параметров воздушного судна предполагает проведение научно-технических исследований с использованием современных научных методов - совокупности методик, служащих для определения возможных сценариев аварий (катастроф) и оценки вероятности и последствий реализации этих сценариев. Результатом применения математического моделирования является вывод о напряженно-деформированное состояние конструкций, параметры конструктивной и экологической безопасности функционирования объекта при чрезвычайной ситуации, разработка мероприятий по повышению уровня надежности и безопасности.

Актуальность работы эт связана с анализом безопасности функционирования объекта "Укрытие" в рамках научных программ по превращению этого ответственного объекта в экологически безопасную систему и научных программ по оценке уровня безопасности атомных энергоблоков на Хмельницкой и Ровенской АЭС.

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка методики оценки надежности и конструкционной безопасности ответственных объектов конструкций, определения величины рисков, характеризующие динамическое воздействие на строительные конструкции от падения воздушного судна.

Достижение указанной цели осуществляется последовательным решением следующих задач.

- обоснование, разработка и реализация математических моделей для описания динамики движения воздушного судна при его падении, аварийных сценариев чрезвычайных ситуаций, возможных параметров запроектных воздействий.

- исследование параметров напряженно-деформированного состояния строительных конструкций, наиболее полно и точно учитывают специфику динамической нагрузки.

- развитие методов оценки надежности ответственных объектов для анализа конструкционной и экологической безопасности в результате проявления чрезвычайной ситуации.

- формализация рекомендаций с приведением расчетных параметров надежности и безопасности строительных конструкций до их допустимых значений.

Объектомисследования является конструкционная безопасность ответственных объектов при чрезвычайных ситуациях.

Предметом исследования является методика оценки надежности строительных конструкций при учете специфики нагрузки от падения воздушного судна.

Методы исследований. В основу разработанной методики положен совместное использование эффективных детерминированных методов математического моделирования при предполагаемом трактовке расчетных параметров с использованием автоматизированных средств исследований и проектирования.

Научную новизну полученных результатов составляют.

- математические модели строительных конструкций ответственных объектов, находящихся под влиянием динамической нагрузки от падения воздушного судна.

- алгоритм формирования исходных факторов для описания чрезвычайной ситуации - катастрофы воздушного судна.

- скинченоелементна модель о объекта "Укрытие" для определения характеристик напряженно-деформированного состояния строительных конструкций, в которой учтена специфика конструктивных решений и другие особенности ответственного объекта, характеристики динамической нагрузки, отличные от нормативных параметров.

- результаты многочисленных исследований.

Практическое значение полученных результатов. Разработанная методика может быть использована для анализа конструктивной и экологической безопасности ответственных объектов при чрезвычайных ситуациях и запроектных воздействиях. Применение математического аппарата теории рисков позволяет получить оценку надежности и безопасности строительных конструкций, сравнить допустимые и расчетные значения рисков, обосновать количественные значения расчетных динамических параметров и вероятность катастрофы воздушного судна.

Результаты диссертационной работы использовались при проведении научно-исследовательских работ в НИИ механики быстротекущих процессов (Национальный авиационный университет) по анализу надежности и безопасности строительных конструкций и технического оборудования, расположенных на объектах атомной энергетики, в том числеи при выполнении научно-технических исследований безопасности строительных конструкций объекта Укрытие.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты работы докладывались на.

- III, IV, V Международных научно-технических конференциях АВИА-2001 , АВИА-2002 , АВИА-2003 , (Киев, 2001, 2002, 2003), на XVII-XIХ научно технических конференциях преподавательского состава Национального авиационного университета (Киев, 1997-2000.

- XVIII Международной конференции Математическое моделирование в механике сплошных сред на основе методов граничных и конечных элементов (Санкт-Петербург, 2000.

- научно-технического совета ОАО Украинский научно-исследовательский и проектный институт стальных конструкций имени В.М. Шимановского (Киев, 2003.

Публикации. Основные результаты по теме диссертации опубликованы в семи научных работах, в том числе три статьи в профессиональных изданиях и четыре материалах и тезисах конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и библиографии. Она содержит 159 страниц, из них 127 основного текста, 37 рисунков, 50 таблиц, список использованной литературы, включающего 150 наименований на 12 страницах и приложений.

Основное содержание работы.

Во введении обоснована актуальность разработки методики оценки надежности и безопасности строительных конструкций ответственных объектов, находящихся под влиянием динамической нагрузки от падения воздушного судна.

В первом разделе проведены обзор и анализ литературных источников, посвященных теме диссертации, сформулированы задачи исследования.

Среди предназначенных классов ответственности особый интерес вызывают объекты, имеющие уникальное экономическое и / или социальное значение. Главной особенностью, который характеризуется рассмотрен класс зданий и сооружений, является предъявление исключительное высоких требований к надежности и безопасности их функционирования.

Порушения технологического регламента работы этих объектов приводят к возникновению экстремальных ситуаций, экономическим и социальным потерям на значительных территориях. В соответствующих нормах проектирования при расчете строительных конструкций ответственных объектов во внимание принимаются возможные динамические нагрузки большой интенсивности, хотя частота их появления небольшая и может быть отнесена к редким событий.

- нагрузки, вызванные авариями или неисправностью технологического оборудования внутри самого объекта.

- нагрузки, вызванные технологическими авариями и катастрофами других объектов, находящихся на некотором расстоянии от рассматриваемого объекта.

- стихийные бедствия и природные катаклизмы.

- внешние умышленные действия, направленные на ухудшение технологических процессов или уничтожение объекта (террористические акты.

На безопасность функционирования объекта влияют проектные решения по формированию конструктивной схемы, физико-механическим характеристикам и параметрам строительных материалов и конструкций, методы возведения и контроля качества строительных работ. Особое значение имеют методы расчета строительных конструкций, предусмотренных в соответствующих разделах нормативных документов.

Если расширить анализ напряженно-деформированного состояния, включив в него исследования вероятностей проявления факторов, вызывающих отказ, а также возможных негативных последствий отказа (разрушения) строительных конструкций, то можно говорить об оценке риска безопасности ответственного объекта. Основу математической теории риска составляет допущение о том, что любая строительная конструкция неизбежно подвергается риску во время своего функционирования. Оценка риска может быть получена в результате систематического анализа следующих вопросов.

- которые несприятливи факторы необходимо принять к рассмотрению.

- какие последствия следует ожидать.

- как велика вероятность их проявления.

Параметры рисков, полученные в результате проведения анализа, могут быть основой для виснетовку об уровне конструктивной и экологической безопасности ответственного объекта.

Основы современного метода расчета строительных конструкций по предельным состояниям рассмотрены в работах Балдина В.А. Гольденблата И.И. Барштейна М.Ф. Бородачьова Н.И. Болотина В.В. Острейковського В.А. Ржаницина А.Р. Синицына А.П. Хенли Э. Риера Дж. Д. Райзера В.Д. Развитие метода предельных состояний по отношению к надежности и безопасности строительных конструкций изложены в работах С. Шульмана, С. Шульмана, Бирбраера А.Н. Гнеденко Б.В. Измалкова В.И. Корзова Г.П. Кириллова А.П. Рябинина И.А. Сухова Ю.Д. Соловьева А.Е.

Условие непревышение предельного состояния.

где - коэффициенты надежности по нагрузке, материалу, назначению конструкции, условиям работы; - нагрузка, Rp - прочность материала.

Условие (1) рассматривается для двух групп предельных состояний и в похожем виде приводится в различных отечественных и зарубежных нормативных документах. Отказ строительных конструкций объекта может произойти при достижении предельного состояния в результате разрушения по нормальному или наклонном сечении. Критерий отказа строительных конструкций может иметь вид.

где - максимальные усилия в сечениях, параллельных осям OX и OY, при расположении нагрузки в разные места конструкции; N продольная расчетная сила; - значение усилий, допускаются.

Выполнение хотя бы одного из неравенств (2) означает отказа и разрушения строительной конструкции. В большинстве случаев расчет строительных конструкций на действие динамической нагрузки осуществляется в статической или квази статической постановке.

Специфика влияния динамической нагрузки от падения воздушного судна имеет следующие особенности.

- вероятность проявления данного фактора мала, а возникающие при воздействии на строительные конструкции усилия являются значительными и требуют защитных сооружений больших размеров и сечений.

- падение воздушного судна является результатом отказа (катастрофы) сложной системы, в управлении которой может принятий участие человеческий фактор.

Расчетными нормативными параметрами являются масса и скорость падающего воздушного судна.

Для практического проектирования в Швейцарии и Бельгии рассматривается падения самолета массой m = 90-100 т при скорости v = 85-100 м / с; для Швеции принимается во внимание падение легкого самолета массой m = 5,7 т при скорости v = 45-130 м / с; для Германии учитывается падения военного самолета массой m = 20 т при скорости v = 215 м / с. В СССР предусматривались следующие значения: масса самолета m = 20 т при скорости v = 200 м / с.

Определение величины расчетной нагрузки является основным вопросом исследования конструкционной надежности ответственного объекта. Задача носит сложный характер в силу следующих особенностей.

- движение падающего воздушного судна может происходить по повехны строительной конструкции в различных диапазонах скоростей, углов приложения нагрузки, а также массы воздушного судна.

- строительная конструкция может быть как в виде твердого недеформирующихся тела так и податливой препятствием.

- в процессе движения часть энергии столкновения тратится на деформацию элементов конструкции воздушного судна, различные массы деформированной и недеформированной частей осуществляют движение с различными скоростями.

- большое разнообразие конструктивных схем воздушных судов характеризует сложную схему формирования параметров нагрузки.

Примеры моделей нагрузки от падения воздушного судна рассмотрены в работах Бирбраера А.Н. Шульмана С.Г. Ю.Э. Синицкий, Келли Дж. Л.

С точки зрения нормативных документов, вероятность падения воздушного судна на строительные конструкции определяется в случаях.

- падение воздушного судна происходит в непосредственной близости от рассматриваемого объекта.

- расчетная величина вероятности падения воздушного судна превышает допустимое значение.

Нормативные значения вероятности представляют собой некоторое обобщение статистических критериев рассматриваемых событий. спрощени методы определения вероятности падения воздушного судна на основе статистической обработки исключительно катастроф не достаточно точными аргументами для анализа реальной воздушной обстановки и рассматриваются как предварительную оценку вероятности падения воздушного судна.

Динамические параметры воздушного судна в аварийной конфигурации могут заметно отличаться от нормативных значений. Поэтому решающее значение имеет разработка математической модели, конкретизирует тип воздушного судна, динамику движения в районе расположения ответственного объекта, перечень выходных аварийных факторов, которые могут привести к катастрофе.

Во втором разделе проведен анализ вероятности проявления жидкой случайного события - падение воздушного судна.

Современная авиационная транспортная система (АТС) характеризуется, как сложная совокупность большого числа взаимосвязанных компонентов. Вопрос безопасности АТС нашли отражение в работах Бамбуркина А.П. Баранова А.Н. Верещагина А.Я. Елистратова Е.Н. Жульова В.И. Комарова А.А. Крохина З.Т. в большом количестве нормативных документах, регламентирующего все аспекты деятельности компонентов, составляющих АТС. Центральным звеном математической модели АТС является ее главный элемент - экипаж-воздушное судно . Именно эта подсистема генерирует аварийные факторы, вследствие которых возникает возможность падения (катастрофы) воздушного судна.

Для разработки модели используется граф состояний АТС, реализует протекания марковского процесса типа гибель и размножение (Рис.1). В качестве неизвестных рассматриваются детерминоване число состояний АТС (подсистемы экипаж-воздушное судно ). Возможность пребывания системы в принятых состояниях характеризуется некоторым значением вероятности.

Рис.1. Граф состояний АТС.

Для любого момента времени сумма вероятности состояний равна единице.

Задача состоит в определении для любой момент времени вероятности состояний. Вероятности состояний удовлетворяют системе дифференциальныхуравнений, описывающих рассматриваемую систему (4.

Определение коэффициентов системы дифференциальных уравнений выполняется различными методами. Наибольший интерес для анализа представляет состояние P4 (t), что называется катастрофическим и фактически означает падение воздушного судна.

Нормативное значение вероятности нахождения АТС в катастрофической ситуации оценивается величиной 10-7 год-1.

В третьем разделе рассмотрены вопросы, связанные с определением характеристик напряженно-деформированного состояния несущих строительных конструкций. Как расчетная нагрузка принимаются динамические воздействия значительной интенсивности.

Основные этапы проведения исследований.

- характеристика объекта и постановка задачи.

- сбор исходных данных.

- разработка математической модели.

- обоснование вида и значения расчетной нагрузки.

- определение параметров напряженно-деформированного состояния элементов модели.

Общая методика исследований реализована на примере исследований конструкционной безопасности ответственного сооружения - объекта Укрытие 4-го блока ЧАЭС (Рис.2.

Рис.2. Об объект "Укрытие". а) общий вид; б) конструкционная схема.

Основной особенностью рассматриваемого объекта является то обстоятельство, что он остается потенциально опасным объектом.

Конструктивная схема здания состоит из.

- поврежденных элементов и узлов разрушенного 4-го энергоблока.

Похожие новости

Методы расчета строительных конструкций. 6.1 Метод предельных состояний. 6.2 Метод допускаемых напряжений. 6.3 Метод

Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения. Проект нового СНиП. «Надежность строительных

Понятие о предельных состояниях строительных конструкций. Метод расчета конструкций по предельным состояниям является

Оценка технического состояния, восстановление и усиление оснований и строительных конструкций эксплуатируемых зданий и

Среда, Август 9, 2017. Минстрой объявил об утверждении трёх стандартов, связанных с обеспечением безопасности строительных

    Коментировать


Уважаемые посетители нашего сайта! Убедительно росим вас, оставляя комментарии, проявлять уважение к друг другу и не  стоит злоупотреблять свободой слова. Администраторы сайта будут удалять:

1. Комментарии с грубой и ненормативной лексикой.
2. Оскорбления, угрозы и непристойные высказывания.
3. Высказывания, разжигающие национальную, религиозную и прочую рознь и вражду.
4. Комментарии, содержащие другие нарушения законодательства и прав граждан.
5. Комментарии, рекламирующие и продвигающие другие веб-ресурсы, товары и услуги, а также комментарии, не имеющие отношения к дискуссии.

Пользователи, которые нарушают эти правила грубо или систематически, будут заблокированы.