Живучесть большепролетных металлических покрытий Дробот Дмитрий Юрьевич

Введение к работе

Актуальность работы обосновывается отсутствием в РФ методики расчета уникальных зданий и сооружений на живучесть (стойкость к повреждениям). Необходимость обеспечения живучести уникальных конструкций, к которым среди прочих относятся и конструкции большепролетных сооружений и покрытий, вытекает из их повышенного уровня ответственности по назначению – отказы элементов таких конструкций могут привести к тяжелым экономическим и социальным последствиям. Причины потребности в обеспечении свойства живучести для любых типов зданий и сооружений вытекают из сложившейся в настоящее время в РФ «негативной» ситуации в строительстве вокруг вопроса безопасности: усложнение конструкций, нередко вызванное давлением архитектурных решений над конструкторской практикой, в совокупности с рыночной конкуренцией и многими другими факторами приводит к реализации рискованных конструктивных решений. Предрасположенность к авариям усиливается «отстающей» от вызовов времени нормативной базой, зачастую неудовлетворительной подготовленностью участников строительства, нарушением правил эксплуатации построенных объектов, вероятностью повреждающих воздействий целенаправленного (террористического) характера и т. д.

Цель и задачи работы. Цель заключается в разработке методики расчета на живучесть применительно к конструкциям большепролетных металлических покрытий. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. По теме исследования выполнен обзор мировой литературы, как на междисциплинарном уровне, так и в ракурсе строительных конструкций;

2. Сформулирована проблема живучести применительно к конструкциям большепролетных покрытий;

3. Разработанная методика отлажена на конкретных социально и технически значимых объектах в следующей последовательности (подцель практической части работы – обеспечение проектной живучести рассмотренных покрытий):

3.1. Выполнено исследование проектных моделей покрытий на наличие свойства единичной живучести [для получения данных о НДС исходных (неповрежденных) покрытий созданы математические модели; разработаны виды планируемых повреждений; для предварительной оценки живучести и выявления наиболее опасных повреждений использован логико-топологический (кинематический), модальный и энергетический анализ покрытий; в случае необходимости выполнены численные расчеты на отказы в динамической постановке].

3.2. Предложены и обоснованы варианты усилений покрытий.

Объект исследования – покрытия большепролетных сооружений, преимущественно выполненные из металлических элементов, предмет – свойство живучести.

Научная новизна:

- Сформулированы проблема обобщенной живучести для любых типов зданий и сооружений и проблема единичной живучести для металлических покрытий большепролетных сооружений;

- Разработана система критериев при решении задачи единичной живучести для металлических покрытий большепролетных сооружений;

- Разработан алгоритм решения задачи единичной живучести в нелинейной динамической постановке для металлических покрытий большепролетных сооружений.

Практическая значимость результатов исследования заключается в том, что: а) подготовлены рекомендации по усилению для рассмотренных объектов; б) разработанная методика расчета может быть внедрена в любых научных и проектных организациях, занимающихся расчетом и проектированием уникальных сооружений; в) получаемые при использовании методики результаты позволяют оценить живучесть уже существующих объектов строительства и обеспечить требуемый уровень живучести для вновь проектируемых объектов.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций концептуальной части работы (первая и вторая главы) подтверждается выбранным научным базисом исследований – теорией систем, практической части – корректными математическими моделями, отлаженными путем сравнения: а) с результатами численных расчетов, полученными на математических моделях, созданных проектными организациями; б) с результатами экспериментов на физических моделях покрытий. Для первого покрытия выполнены только статические испытания, для второго статические и динамические путем взрыва, последние необходимы для физического моделирования отказа отдельных частей конструкции с учетом динамического эффекта.

Внедрение результатов работы. Положения и результаты настоящего исследования в проектной практике автора внедрены для нескольких объектов: большепролетное мембранное покрытие стадиона «Ермак» (г. Ангарск), надземная кирпичная часть Государственного Академического Большого Театра (г. Москва), двух крышных рекламных установок (г. Москва); при педагогической практике внедрены под научным руководством автора в рамках студенческих дипломных работ, где исследовалась живучесть следующих объектов: стадион «Локомотив» (г. Москва), покрытие культурно-развлекательного комплекса «Дом музыки» (г. Москва), мост «Живописный» (г. Москва) и др.

Апробация работы. Основные результаты исследования докладывались автором на:

1. Международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство – формирование среды жизнедеятельности», г. Москва, в 2006 и 2008 гг.;

2. Международной научно-практической конференции «Применение стальных конструкций в уникальных сооружениях и массовом строительстве», МВЦ «КРОКУС ЭКСПО», г. Москва, 2009 г.;

3. Научной сессии «Особенности проектирования и расчета пространственных конструкций на прочность, устойчивость и прогрессирующее обрушение», НИИЖБ, г. Москва, 2009 г.;

4. Международном симпозиуме «Современные металлические и деревянные конструкции», г. Брест, 2009 г.;

5. На семинарах кафедры «Металлические конструкции» МГСУ в 2006 - 2009 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано одно учебное пособие, 8 статей, 2 из которых опубликованы в изданиях, входящих в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов по результатам исследований и библиографического списка из 184 наименований. Диссертация содержит 212 страниц, 96 рисунков, 12 таблиц.

На защиту выносится наиболее существенный результат исследования, имеющий научную и практическую значимость, – концептуальная постановка проблемы живучести строительных конструкций и положения разработанной методики расчета на единичную живучесть.