Особенности расчета надежности поврежденных стальных конструкций
Authors: Алейникова М.А. , Сойту Н.Ю. 
Published: October 2024

Введение. Конструкционная сталь в силу высокой прочности, малого собственного веса и превосходных сейсмических характеристик широко используется в промышленных зданиях и сооружениях. Например, непрерывные стальные балки, состоящие из двух и более пролетов, обычно применяются в каркасных зданиях и мостах. Их конструкция не только обеспечивает условие прочности, но и минимизирует их массу и материальные затраты. Однако вследствие воздействия окружающей среды стальные конструкции подвергаются коррозии. Из-за накопления коррозионных повреждений снижаются несущая способность стальных конструкций и уровень безопасности их эксплуатации. Поэтому одной из основных задач в области строительства является обеспечение надежности и долговечности стальных конструкций при процессе их эксплуатации. Основными вариантами решения этой задачи являются управление эксплуатационным сроком службы зданий и сооружений в реальных средах, правильный выбор конструктивных и технологических решений при усилении существующей конструкции. Цель статьи – рассмотрение особенностей расчета надежности поврежденных стальных конструкций. В ходе работы использовались следующие методы: математическое моделирование, прогнозирование, систематизация, экспериментальные исследования, обобщение. Результаты. Для оценки надежности стальной конструкции в зависимости от срока ее службы, воздействия агрессивной внешней среды и старения самого металла представляется целесообразным принимать во внимание предыдущую историю ее работы, а также использовать комбинацию метода Монте-Карло (МК) и метода конечных элементов (МКЭ), которые дают возможность оценить коррозионные потери поперечного сечения стальной балки. Предыдущую историю накопленной усталости материала предлагается определять через левостороннее усечение кривой нормального распределения Гаусса случайной величины сопротивления. Атмосферная коррозия металлов – сложный процесс, зависящий от большого числа взаимодействующих факторов окружающей среды. Для оценки коррозионных потерь, глубины коррозии предлагается использовать модель, в которой учтены влияние диоксида серы через его концентрацию и скорость осаждения хлоридов. В качестве имитационного моделирования выбран метод Монте-Карло, который адаптирован к определению вероятности ненадежности систем стальных конструкций; приведен алгоритм этого определения. Выводы. Представлен подход к оценке надежности непрерывной стальной балки в зависимости от времени ее службы и с учетом коррозионного воздействия атмосферной окружающей среды на базе комбинации методов МК и МКЭ.

Introduction. In industrial buildings and constructions, structural steel is widely used due to its exceptional seismic qualities, low self-weight, and high strength. Frame buildings and bridges, for example, frequently use continuous steel beams with two or more spans. Not only does their design ensure strength, but it also reduces weight and material expenses. However, due to environmental influences, steel structures are subject to corrosion. As a result of corrosion damage accumulation steel structures lose some of their bearing capacity and operational safety. Ensuring the durability and reliability of steel structures during their operation is the main challenge for the construction industry. Managing the operational life of buildings and other structures in actual surroundings, as well as selecting the best structural and technological innovations while strengthening the existing framework, are the main approaches to deal with this issue. The aim of research is to consider the features of the reliability assessment in damaged steel structures. Methods. The following methods were used in research: mathematical modelling, forecasting, systematisation, experimental research, generalisation. Research results. It seems appropriate to consider the steel structure's background operation and use a combination of the Monte Carlo method (MC) and the finite element method (FEM) to assess the corrosion losses of the cross section of a steel beam. This will allow for the assessment of a steel structure's reliability based on its service life, the effects of an aggressive external environment, and the ageing of the metal itself. The loading history of accumulated fatigue is determined using left-sided truncated normal Gaussian distribution of a random resistance value. Atmospheric corrosion of metals is a complex process that depends on a large number of interacting environmental factors. In order to assess corrosion losses and the depth of corrosion, it is proposed to use a model that takes into account the influence of sulphur dioxide through its concentration and the rate of chloride deposition. The Monte Carlo method based on the use of pseudorandom sampling and the strong law of large numbers to assess the reliability of any system is chosen as a simulation. The article presents an algorithm for determining the probability of unreliability of steel structural systems by adapting the MC approach. Conclusion.The methodology that combines the finite element method with the Monte Carlo method is proposed to evaluate the reliability of a continuous steel beam based on its service life and the atmospheric environment's corrosive effects.