Введение к работе
Актуальності* проблеми. Стремление к снижению веса конструкций при увеличении конструктивного объема зданий и сооружений, а также наиболее полное использование «рочностгшх характеристик материала обуславливает применение тонкостенных металлических конструюшй.
Во многих случаях несущие металлические конструкции работают в условиях воздействия агрессивные сред, что вызывает снижение несущей способности сечения вследствие коррозионного износа. Это приводит к уменьшению срокл службы и вызывай необходимость затрат на восстановление. Для обеспеченна требуемой надежности и долговечности, а также для научно обоснованного назначения сроков профилактических ремонтов я обследований необходимо иметь .инженерную .методику расчета таких конструкций с учетом возможного коррозионного износа.
Проблема опенки надежности гонкостетяшх конструкций с учетом коррозии имеет особую актуальность и в связи с тем, что в основных направлениях экономического и соціального развития России 1996 - 2000 годов, предусмотрены большие объемы реконструкции промышлешгььх предприятий. Поэтому борьба с коррозией является одной аз актуальных проблем современности.
Экспериментальные исследования подтверждают случайный характер коррозионного процесса. В свази с этим для уточнения существующих методов расчета строительных конструкций, эксплуатирующихся з агрессивных средах, целесообразно использовать вероятностные модели коррозионного износа. Вероятностная постановка задачи особенно важна при исследовании устойчивости капструхшві, эксплуатаруюпшхея в агрессивной среде, поведение которых существенно
зависит от малых отклонений геометрических .характеристик от стандартных размеров. В связи с этим необходимо решение задачи с применением методов теории надежности- Решение задачи в такой постановке позволяет обеспечить экономически обоснованные уровня надежности юэнструедий в течение требуемого срока их службы.
Разработанные методы лредяазндчеяы к использованию ЦНИИСКом им. В.А. Кучеренко и другими институтами строительного профиля при выполнении комплексной программы паучно- исследовательских работ в области надежности сооружений и совергсеиствовяния вор.мативной базы в строительстве.
Цель работы:
учет фактора времени при проектировании тонкостенных металлических строительных конструкций, подверженных коррозионному износу;
обоснование и разработка вероятностных моделей коррозионного износа:
разработка инженерной методики расчета на устойчивость центральных сжатых стержней, пологих арок, сжато - изогнутых стержней в условиях износа;
изучение влияния напряженно - дефор?4ированного состояния на кинетику коррозионных процессов;
разработка инженерной методики расчета на устойчивость круговых шшнцтрическігх оболочек с учетом коррозионного износа:
анализ равновесных состояний шастав и пологих оболочек в условиях коррозионного износа;
обоснование и разработка моделей надежности, основанных на теории случайных величин и теории нестационарных случайных функций:
разработка методов расчета на основе параметрических моделей отказа.
Научную новизну работы составляют:
методика расчета на устойчивость сжато - изогнутых стержней и арок в условиях случайного износа;
вероятностный анализ равновесных состояний пластин и оболочек при равномерном и неравномерном коррозионном износе;
методика определения вероятностных характеристик круговых цилиндрических оболочек с применением функций Грина;
ліетодика решения нетинейных краевых задач, расчета пологих оболочек переменной толщины,
уточнение вероятностных моделей нагрузочный эффект - несущая способность;
анализ надежности конструкций при износе на основе параметрических моделей отказа.
Практическое значение имеет;
разработанный метод оцеїпш надежности тонкостепных конструкций с учетом случайного характера всех входящих в расчет величин: нагрузки, прочности, параметров коррозионного износа, позволяющий глубоко изучить работу конструкций, более точно учесть в расчетах изменчивость всех основных факторов, влияюшггх на несущую способность конструкций;
Изучение влияния физике - химических условий внешней среды, механических свойств материалов и внешних нагрузок в вероятностной постановке позволило усовершенствовать и развить метод расчета.по предельным состояниям с учетом коррозионного износа;
применение лредчоженных в работе методов обеспечивает рациональный расход материала и позволяет определять уровень надежности, оценивать остаточный ресурс конструкций, срок их службы;
полученные результаты и методика расчета, учитывающая статистический характер параметров долговечности, предназначены для использования при разработке нормативных документов по проектированию элементов конструкций, эксплуатируемых. в агрессивных средах;
сформулированные в работе методики предназначены для разработки рекомендаций по определению эффективных средств и методов в антикоррозионной защите конструкций, сроков профилактических ремонтов и сроков службы конструкций.
Реализация работы. Разработанная методика была использована при выполнении отраслевой программы научно - исследовательских работ, "Совершенствование глав СНиП, регламентирующих общие, положения расчета строительных конструкций" (М., 1990), утвержденных Госстроем СССР, а также при выполнении программы научно - исследовательских работ по заказу Миннауки РФ 199б-1997г. (ГНЦ "Строительство") "Разработать методы оценки живучести зданий и сооружений с моделированием процессов разрушения и оценкой остаточного ресурса с учетом изменчивости нагрузок и прочностных характеристик материалов".
Часть полученных результатов исследований помещена в учебном пособии для студентов ВУЗов "Равновесные состояния элементов конструкций, подверженных коррозионному износу" (соавтор Райзер В. Д., МГСУ, 1994).
Достоверность результатов обоснована использованием современных вероятностных методов строительной механики и применением апробированного математического аппарата, а также сопоставлением часто полученных результатов с известными решениями.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались:
-
На координационном совещании по надежности сооружений (М., 1991);
-
На семинаре в Саратовском государственном техническом университете (1994 г);
-
На заседании кафедры строительной механики МГСУ (1996 г);
-
На объединенном семинаре кафедры строительной механики и сопротивления материалов МГСУ (1997 г).
Публикации. По теме диссертации опубликовано учебное пособие, 6 статей и докладов.
На защиту выносится вероятностный анализ равновесных состояний стержней, пластин и оболочек в условиях равномерного и неравномерного коррозиогагого износа с учетом различных моделей износа и влияния напряженно- деформированного состояния на скорость коррозии.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав,
заключения, списка литературы. Работа изложена на 214 страницах, в том
числе 194 страницы основного текста, 35 таблиц (56 страниц), 86 рисунков
(64 страницы), 188 наименований литературы (20 страниц).
Работа выполнена на кафедре строительной механики МГСУ (научный консультант - Заслуженный деятель науки, доктор технических наук, профессор В.Д. Райзер).