Лестюхина Ю.В.
АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО РАЗРУШЕНИЯ ЗДАНИЙ, ОСНОВЫВАЯСЬ НА РУССКУЮ И ЗАРУБЕЖНУЮ ЛИТЕРАТУРУ *
Аннотация:
в данной статье приводится обзор российской и зарубежной нормативной документации, касающейся расчета на прогрессирующее разрушение зданий и сооружений. Проведен анализ методов расчета прогрессирующего разрушения по статьям ученых и на основе зарубежной нормативной документации
Ключевые слова:
прогрессирующее разрушение, проблема, метод расчета, здание или сооружение, надежность
Существует много подходов к решению проблемы противодействия прогрессирующему разрушению: обеспечение ключевых элементов от разрушения путем увеличения их прочности или применение защитных мероприятий; повышение общей структурной целостности, добавление лишних связей; расчеты при воображаемом удалении каждого несущего элемента. Остается вопрос, как выполнять расчет, чтобы при обеспечении защиты от прогрессирующего разрушения получилось более экономичное решение. Проведем анализ работ российских ученых, касающихся расчета на прогрессирующее разрушение. Как показано в работах Расторгуева Б.С. и Плотникова А.И. коэффициент динамичности по нагрузке должен быть меньше 2, и применение двойки проводит к некоторым лишним расходам материалов. Алмазов В.О. имеет немного другую точку зрения на задачу прогрессирующего разрушения многоэтажных каркасов. Он показал с помощью статических расчетов, что для малоэтажных зданий (до 7-10 этажей) усилия в ригелях при удаления колонны первого этажа не существенно отличаются между собой. Однако при большей этажности усилия резко увеличиваются в ригелях нижних этажей. Поэтому он считает, что предположение одинаковой работы ригелей не применимо для многоэтажных каркасов выше 10 этажей. К недостаткам метода возможных повреждений относится его неэкономичность для некоторых видов конструкций (например, конструкций с большими пролетами). Для более экономичного проектирования применяются разные мероприятия, описание которых подробно можно найти в работе Алмазова В.О. Наиболее экономичным и надежным оказывается применение связевых этажей, которые позволяют изолировать зоны повреждения. Проблеме борьбы с прогрессирующим разрушением посвящены работы Алмазова В.О., Расторгуева Б.С., Плотникова А.И., Ройтмана В.М., Меркулов С. И., Полякова Н. В. и других ученых. В общем, авторы показали, что динамический эффект играет важную роль при прогрессирующем разрушении, но влияние динамического эффекта уменьшается с ростом пластических деформаций. Для оценки динамического эффекта часто применяют понятие коэффициента динамичности. Обычно под коэффициентом динамичности понимают отношение максимального динамического перемещения к статическому при одной и той же величине нагрузки. Однако для поставленной задачи более удобно использовать коэффициент динамичности по нагрузке Kdv, представляющий собой отношение статической нагрузки к динамической, которые вызывают в системе одно и то же перемещение. Расторгуев Б.С. предложил методы динамического расчета конструкции многоэтажного плоского каркаса при выходе из строя колонны некоторого этажа в двух случаях: прогрессирующее обрушение части здания и потеря общей устойчивости здания. Приняв мгновенное разрушение части колонны как наиболее опасное, расчет проводится для системы балок каркаса. Учет пластических деформаций производится с использованием пластических шарниров, возникающих в опорных и пролетных (у поврежденной колонны) сечениях. Общая устойчивость поврежденной рамы (при исключении крайнего участка) в виде консольной системы с сосредоточенными массами также была рассмотрена в этой работе. Практический расчет железобетонных конструкций по одноэтажной модели можно найти в работе Плотникова А.И. и Расторгуева Б.С. Коэффициент динамичности по нагрузке по формуле: Кdv= Крl/( Крl-0.5) где Крl — коэффициент пластичности, равный отношению полного прогиба ригеля к предельному упругому. Эта формула дает практически постоянное значение коэффициента динамичности по нагрузке для здания любой этажностью. Теперь рассмотрим зарубежные нормативные документы, касающиеся расчета на прогрессирующее обрушение. Нормы Еврокод [6,7] относят прогрессирующее обрушение к редким событиям и метода, чтобы избежать его, пока не существует. Эти нормы рекомендуют проводить линейный статический анализ на середине высоты зданий, нелинейный динамический анализ может быть проведен для зданий выше 10 этажей. Основополагающим документом в европейской системе проектирования является EN 1990[5]. Он устанавливает требования к показателям сооружения по несущей способности, эксплуатационной пригодности, долговечности, надежности, дифференциации надежности, базисным переменным. Документ формирует методику расчетов по предельным состояниям с применением частных коэффициентов относительной безопасности, при этом проверка расчетов с частными коэффициентами может выполняться детерминированным или вероятностным способами. Проектирование сооружений в аварийных ситуациях по еврокоду предполагает выполнение расчетов для чрезвычайных ситуаций при аварийных воздействиях, как описано в [5,6,7]. Требования по выполнению расчетов на особое воздействие установлены документом EN 1991- 1-7. Согласно [5], разрушение здания или сооружения при чрезвычайном воздействии должно быть исключено или ограничено выполнением одним или несколькими ниже перечисленными мероприятиями: - исключение или уменьшение величины возможного чрезвычайного воздействия на здание или сооружение; - выбора конструктивной схемы здания или сооружения, малочувствительной к чрезвычайным воздействиям; - выбора конструктивной схемы здания или сооружения и конструирование соединений элементов для возможности обеспечения пространственной неизменяемости при локальном разрушении; - не использование, по возможности, типов конструкций, которые могут разрушиться внезапно без предварительного возникновения видимых дефектов; - надлежащее соединение конструктивных элементов между собой. Конструкции должны быть запроектированы и построены таким образом, что при удалении одного любого локального несущего элемента здание в целом остается устойчивым и размер разрушения не превышает 15% площади этажа, но не более 100 м², на каждом из смежных междуэтажных перекрытий или покрытий. Если данное требование не выполняется, то этот локальный несущий элемент должен быть рассчитан как ключевой элемент. Ключевые элементы конструкции зданий и сооружений должны быть рассчитаны на особые сочетания нагрузок с учетом кратковременной нагрузки. Для сложных и ответственных сооружений EN 1991-1-7 предписывает выполнять системный анализ рисков. Основные строительные нормы США, – GSA [10] («Анализ прогрессирующего обрушения и руководство по проектированию новых федеральных офисных зданий и важных современных проектов») и UFC 4-023-03 [8] («Проектирование зданий против прогрессирующего обрушения»), написаны на основе метода возможных повреждений. Для защиты от прогрессирующего обрушения по UFC используется два подхода: • « Связывающие силы»; • «Альтернативный путь». GSA и UFC предполагают, что нелинейные статические и динамические анализы используются для сложных конструкций. GSA рассматривает линейные статические и динамические анализы и указывает, что использование линейных анализов ограничено для зданий, имеющих до десяти этажей. Расчеты и проектирование зданий высотой более десяти этажей и зданий со сложными конструкциями (несимметричные конструкции) должны проводиться с использованием нелинейных анализов. UFC описывает линейные и нелинейные статические, а также нелинейные динамические анализы и приводит некоторые примеры для определения поведения пластических шарниров в изгибающих элементах при нелинейных анализах. Обе эти нормы, GSA и UFC, предусматривают условное удаление несущей колонны. Альтернативные пути распределения нагрузки принимаются в обеих нормах. Увеличенный до 25%коэффициент прочности при использовании в FEMA 273 [5], был включен для бетонных и стальных материалов, чтобы отразить повышение прочности бетона со временем, что приводит к значениям более высоким, чем номинальные проектные значения. Увеличенный коэффициент деформационного упрочнения материала и его фактическая прочность приняты больше условного значения. GSA и UFC установили значение коэффициента снижающей прочности равным 1,0 (как это указано в FEMA 273) [9]. Динамический коэффициент 2,0 задается для моделирования динамических эффектов в результате удаления несущего элемента.
Номер журнала Вестник науки №7 (28) том 2
Ссылка для цитирования:
Лестюхина Ю.В. АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО РАЗРУШЕНИЯ ЗДАНИЙ, ОСНОВЫВАЯСЬ НА РУССКУЮ И ЗАРУБЕЖНУЮ ЛИТЕРАТУРУ // Вестник науки №7 (28) том 2. С. 84 - 89. 2020 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/3434 (дата обращения: 25.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2020. 16+