Развитие теории конструктивной безопасности и живучести конструктивных систем

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ КОНСТРУКТИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И ЖИВУЧЕСТИ КОНСТРУКТИВНЫХ СИСТЕМ

DEVELOPMENT OF THE THEORY OF CONSTRUCTIVE SAFETY AND SURVIVABILITY OF CONSTRUCTIVE SYSTEMS

O.B. Азжеуров O.V. Azzheurov

Юго-Западный государственный университет

В статье проведен анализ современных подходов к решению задач обеспечения конструктивной безопасности. Даны формулировки терминов «конструктивная безопасность» и «живучесть» конструктивных систем. Сделан вывод о необходимости развития теории и методов расчета и совершенствования нормативной базы по проектированию зданий с учетом возможного обрушения от запроектных воздействий.

In article the analysis of modern approaches to the decision ofproblems of maintenance of constructive safety is carried out. Formulations of terms «constructive safety» and «survi-vability» of constructive systems are given. The conclusion is drawn on necessity of development of the theory and methods of calculation and perfection of standard base on designing of buildings taking into account a possible collapse from non-designed influences.

Ежегодный рост числа техногенных и природных катастроф, значительный износ основных фондов в стране выдвигает проблему обеспечения конструктивной безопасности зданий и сооружений в ряд важнейших. Многие из эксплуатируемых объектов недвижимости не могут воспринимать возможных запроектных воздействий, такие воздействия часто приводят к неожиданным отказам сооружений и, как следствие, - к значительному ущербу и даже гибели людей.

Если исходить из современной концепции приемлемого риска реальности разрушения конструктивных систем при внезапных запроектных воздействиях и допускать возможность их разрушения, то важнейшим показателем безопасности становится не только конструктивная безопасность - как характеристика неразрушимости несущей системы в течение определенного проектом периода эксплуатации объекта недвижимости, но и живучесть - как характеристика неразрушимости в течение расчетного эвакуационного промежутка времени при внезапных запроектных воздействиях.

Современные подходы к решению задач обеспечения конструктивной безопасности базируются на методе предельных состояний, положенном в основу российских и зарубежных норм. При этом учитываются различные аспекты деформирования и разрушения железобетона, в т.ч. предыстория нагружения, режим силового нагружения, воздействия среды и другие особенности эксплуатации. Анализ мировой практики строительства и эксплуатации зданий и сооружений свидетельствуют о все изменяющихся видах и интенсивности природных и техногенных воздействий, которые при проектировании и усилении зданий и сооружений создают проблемы, выходящие за

рамки требований норм, традиционно обеспечивающих конструктивную безопасность в условиях ранее существовавших нагрузок и воздействий. К одной из таких проблем можно отнести проблему лавинообразного или прогрессирующего разрушения. Возникновение проблемы лавинообразного разрушения связано с рядом трагических событий, к одной из первых аварий можно отнести аварию Квебекского моста в Канаде в начале прошлого века. Внезапная потеря устойчивости одного из сжатых стержней фермы моста вызвали лавинообразное разрушение всей конструкции моста. Последующие аварии такого типа: обрушение бокового фасада панельного жилого дома в Лондоне, цеха Минского камвольного комбината, крупнопанельного здания в Москве на Мичуринском проспекте.

В работе [3] характеристику конструктивной безопасности К количественно определяют как отношение возможной максимальной нагрузки, устанавливаемой для

сооружения с учетом влияния накопленных повреждений и фактического состояния

* - о

д*, к расчетной нагрузке, назначенной при проектировании, д .

При этом характеристики конструктивной безопасности по первому предельному состоянию (Л"в1) могут отличаться от характеристик конструктивной безопасности (Кв2) по второму предельному состоянию. Для статически определимых конструкций при равномерных коррозионных повреждениях Ке1 может быть найдена как отношение прочности поврежденного сечения к прочности того же сечения до повреждения: для таких конструкций разрушение любого сечения обнуляет характеристики безопасности (А>0). Для статически неопределимых конструкций разрушение одного сечения, равно как и выключение одной лишней связи, не обнуляют характеристик безопасности, значения этих характеристик лишь уменьшаются (при сохранении условия А>0). Обнуляться К может только после выключения всех лишних связей.

Таким образом, у статически определимых конструкций конструктивная безопасность может обнуляться мгновенно, «хрупко», у статически неопределимых конструкций она снижается поэтапно, «пластично».

Существующие подходы к созданию методов расчета и совершенствованию нормативной базы по проектированию зданий и сооружений с учетом возможного лавинообразного разрушения от запроектных воздействий [1, 4] позволяют отметить следующее:

1. Базовые положения конструктивной безопасности зданий и сооружений в принципе уже содержатся в действующих нормах, в частности в методе предельных состояний. Однако, при расчете конструктивных систем с помощью деформационных моделей по предельным состояниям для анализа живучести невозможно определить зону, характер и величину запроектного воздействия, не всегда такие воздействия носят однопараметрический характер.

2. Существующий в нормативных документах способ защиты от взрывоопасных производств с использованием превентивных и организационных мероприятий: устройство легкосбрасываемых конструкций или установки защитных барьеров эффективен, когда четко обозначены места хранения взрывчатых материалов или взрывоопасные зоны производства. Сложность заключается в том, что неизвестно расположение источника возникновения запроектных воздействий техногенного или террористического характера.

3. Общее упрочнение всего здания, резервирование прочности конструктивных ключевых элементов, расположенных в зонах возможных аварийных воздействий или взаимосвязь элементов и создание резервных путей передачи усилий от аварийных воздействий как способ обеспечения конструктивной безопасности.

4. Объединение отдельных конструктивных элементов в пространственно работающую многократно статически неопределимую систему добиваются перераспределением внутренних усилий и компенсацией выключения при аварии несущего элемента или целой зоны.

5. Другое направление проектирования связанно с конкретными путями развития предельных состояний для решения задач живучести конструктивных систем. Так, решение задачи о динамическом деформировании и разрушении дважды конструктивно-нелинейной системы выполнено на энергетической основе без привлечения аппарата динамики сооружений. Такой подход обеспечивает решение практических задач с использованием физических моделей деформирования материалов, действующей нормативной базы и существующих программных комплексов для расчета строительных конструкций. Данное направление может являться определяющим, т.к. оно не противоречит концепции метода предельных состояний.

6. Еще одной важнейшей составляющей в решении проблем конструктивной безопасности зданий и сооружений является учет их эксплуатационного износа и повреждений. Эволюционные накопления повреждений могут также привести к внезапному хрупкому выключению отдельных связей или элементов и последующему лавинообразному обрушению конструктивной системы.

Обеспечение надежности и долговечности эксплуатируемых конструкций при накоплении повреждений и дефектов от неординарных техногенных и природно-климатических, в т.ч. запроектных, воздействиях возможно на основе развития и дополнения основных положений метода расчета по предельным состояниям. Подтверждением этому является наработанные сегодня в России и других странах предложения по обобщению и развитию метода предельных состояний на построение теоретических основ безопасности прогнозирования поведения зданий и сооружений в запредельных состояниях. Помимо этого, по мнению ряда ведущих ученых [2], современные методы строительной механики, теории сооружений и других смежных дисциплин, таких как механика разрушения [5], теория и механика катастроф могут и должны найти широкое применение при решении задач конструктивной безопасности.

Таким образом, в современной научной литературе четко обозначена проблема обеспечения конструктивной безопасности как одного из важнейших направлений общей безопасности строительных систем. В выполненных исследованиях показано, что наряду с принципиально новыми нетрадиционными подходами, разработка которых еще предстоит, метод предельных состояний может явиться необходимой базой для начала исследований и обеспечит необходимую преемственность и методическое единство с существующей сегодня нормативной базой и в кратчайшие сроки поможет найти необходимые решения для создания основ конструктивной безопасности и живучести строительных систем в условиях новых вызовов.

Список литературы

1. Александров, A.B. О критериях поведения отдельных стержней в момент потери устойчивости упругой системы [Текст] / A.B. Александров // Ресурсо- и энергосбережение как мотивация творчества в архитектурно-строительном производстве. Москва - Казань. 2003. - С. 428-431.

2. Бондаренко, В.М. Износ, повреждение и безопасность железобетонных сооружений [Текст] / В.М. Бондаренко, А.В. Боровских. - М.: ИД Русанова. 2000. - 144 с.

3. Бондаренко, В.М. Элементы теории реконструкции железобетона [Текст] / В.М. Бондаренко, А.В. Боровских, Г.В. Марков, В.И. Римшин - Н. Новгород: Нижегоро. гос. архит.-строит. ун-т. 2002. -190 с.

4. Еремеев, П.Г. Предотвращение лавинообразного (прогрессирующего) обрушения несущих конструкций уникальных большепролетных сооружений при аварийных воздействиях [Текст] / П.Г. Еремеев // Строительная механика и расчет сооружений. - М. 2006. - №2. - С. 65-72.

5. Пирадов, К.А. Ресурс прочности и долговечности эксплуатируемых зданий и сооружений [Текст] / К.А. Пирадов, Е.А. Гузеева, О.А. Пирадов // Бетон и железобетон. 1998. - №2. - С. 21-23.

Reference

1. Alexandrov, А.В. About criteria of behavior of separate cores at the moment of loss of stability of elastic system [Text] / A.V. Alexandrov// Resource- and power savings as motivation of creativity in architecturally-building manufacture. Moscow - Kazan. 2003. - p. 428-431.

2. Bondarenko, V.M. Breakup, damage and safety of ferro-concrete constructions [Text] / V.M. Bondarenko, A.V. Borovskih. - M: Rusanov's IDES. 2000. - 144 p.

3. Bondarenko, V.M. Elements of the theory of reconstruction of ferro-concrete [Text] / V.M. Bondarenko, A.V. Borovskih, G.V. Markov, V.I. Rimshin - N.Novgorod: N.Novgorod state architectu-rally.-building university. 2002. - 190 p.

4. Yeremeyev, P.G. Prevention of an avalanche (progressing) collapse of bearing designs of unique wide-span constructions at emergency influences [Text] / P.G. Yeremeyev// Building mechanics and calculation of constructions. - M. 2006. - №2. - p. 65-72.

5. Piradov, K.A Resource of durability and longevity of maintained buildings and constructions [Text] / K.A. Piradov, E.A. Guzeeva, O.A. Piradov// Concrete and ferro-concrete. 1998. - №2. - p. 21-23.

Ключевые слова: конструктивная система, конструктивная безопасность, живучесть, запроектные воздействия.

Keywords: constructive system, constructive safety, survivability, non-designed influences.

e-mail: oleg-aza@yandex.ru