Введение к работе
Актуальность темы.
В последнее время участились случаи катастрофических разрушений зданий и сооружений. В связи с этим проблема диагностики состояния зданий, особенно старой постройки в сеисмоопасных регионах, стала особенно актуальной. Наиболее информативными с позиций дефектоскопии являются динамические методы, в основе которых заложено активное тестовое воздействие с известным частотным спектром (например, ударное воздействие). При динамическом воздействии на здание необходимо учитывать динамические характеристики реакции грунтового массива, определяющего частоты глобального резонанса системы «здание - грунт». Таким образом, для корректного решения проблемы диагностики зданий и сооружений на основе мониторинга динамических характеристик деформирования его элементов необходимы расчетные модели системы «здание-грунт», в том числе при наличии дефектов различного типа и расположения.
Создание единой универсальной математической модели системы «здание — грунт», элементы которой обладают сложной структурой и свойствами, особенно при наличии дефектов, наталкивается на ряд принципиальных трудностей математического и технического характера. В этой связи представляется целесообразным использование комплекса моделей различного уровня со строгим разграничением областей их применения, оценкой точности, наличием и учетом взаимосвязей по параметрам моделей и состояния.
Целью диссертации является разработка теоретических основ определения наиболее распространенных типов дефектов элементов здания на основе комплекса теоретических исследований динамического НДС системы «сооружение - грунт» при различных типах тестовых воздействий.
"ЧЙЙ0
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
Разработка МКЭ алгоритмов расчета динамических характеристик элементов системы «здание (при отсутствии и наличии дефектов) - грунт» при динамическом тестовом воздействии.
Алгоритм оперативного изменения МКЭ расчетной схемы системы на основе технологии подконструкции. Разработка подконструкции для наиболее распространенных типов дефектов (трещин, участков ослабления механических свойств, нарушения условий контакта элементов и др.).
Проведение численного эксперимента и анализ степени влияния на основные характеристики динамического деформирования здания возможных дефектов при различных тестовых воздействиях.
Исследование возможностей упрощения МКЭ расчетной схемы зданий и сооружений при наличии трещин при сохранении необходимой информативности.
Анализ эффективности различных типов тестовых воздействий на здание при решении задач практической оценки их состояния.
Научная новизна работы.
Разработан алгоритм МКЭ расчета характеристик динамического деформирования элементов системы «сооружение-грунт» с использованием технологии подконструкции, позволяющий оперативно вносить изменения в расчетную модель, связанные с наличием и расположением заданных дефектов.
Разработаны группы КЭ и подконструкции для корректного описания особенности НДС колонн, балок и плит с трещинами и проведен анализ степени влияния концентрации напряжений в окрестности ее вершины на частотные характеристики колебаний.
Разработаны подконструкции для наиболее распространенных типов дефектов, позволяющие оперативно провести расчет динамических характеристик здания при тестовом воздействии на базе имеющейся модели «исправного» здания.
Исследованы изменения количественных и качественных характеристик колебаний элементов зданий при наличии дефектов различного типа и расположения.
Практическая ценность работы.
Обоснована правомерность использования упрощенных МКЭ схем расчета динамических характеристик элементов зданий при наличии трещин.
Разработаны алгоритмы, позволяющие повысить оперативность внесения изменений в расчетную схему и уменьшить время, необходимое для получения результата.
Получены данные об информативности различных типов тестовых воздействий с целью выявления дефектов в здании или сооружении.
Разработаны практические рекомендации по возможности выявления дефектов в здании на основе анализа характеристик динамического деформирования его элементов, требования к типу тестовых воздействий и расстановке датчиков при проведении практических работ.
На защиту выносятся. Принципы разработки алгоритмов МКЭ расчета динамических характеристик системы «здание - грунт» при наличии дефектов на основе технологии подконструкции.
Алгоритм МКЭ расчета динамических характеристик элементов зданий и сооружений при наличии наиболее распространенных дефектов (трещины, нарушение условий заделки или локальное ослабление физико-механических характеристик материала).
Результаты численного эксперимента и закономерности изменения амплитудно-временных и амплитудно-частотных характеристик элементов здания в зависимости от наличия и положения дефектов.
- Практические рекомендации по типам, интенсивности и местам
приложения тестовых воздействий, а также принципам расстановки
датчиков при проведении практических мероприятий мониторинга
динамических характеристик элементов здания или сооружения с целью
определения его состояния при возможном техногенном или
сейсмическом воздействии.
Достоверность полученных в работе результатов определяется: обоснованным и корректным применением математических методов исследования модельных задач при получении аналитических и численных решений;
сопоставлением результатов расчета для частных случаев на основе аналитических решений и программ, реализующих разработанные МКЭ алгоритмы;
- хорошим совпадением расчетных данных с экспериментальными для
конкретного объекта.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научно-практической конференции "Проблемы строительства в сейсмоопасных регионах" (РГСУ, г. Ростов-на-Дону, 2002), на Международной научно-практической конференции "Строительство-2002" (РГСУ, г. Ростов-на-Дону, 2002), " Строительство-2003" (РГСУ, г. Ростов-на-Дону, 2003), "Строительство-2005" (РГСУ, г. Ростов-на-Дону, 2005) и опубликованы в материалах Международной научно-практической конференции "Строительство-2003" , " Строительство-2005", а также в трудах научных семинаров РГСУ.
Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 10 опубликованных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 168 наименований и 67 иллюстраций, в том числе 4 таблиц. Общий объем работы - 129 страниц.
