Андрей И. Долганов – доктор технических наук, технический директор
Москва
Andrey I. Dolganov, Doctor of Engineering, Technical Director
Moscow
Нагрузки, действующие на конструкции, а также механические и геометрические параметры конструкций, являются случайными величинами. Поэтому надежность строительного объекта (технической системы) в общем смысле оценивается вероятностью безотказной работы в течение расчетного срока эксплуатации. Показана возможность анализа надежности строительных систем при их проектировании с помощью логико-вероятностных методов, приведены алгоритмы регулирования их надежности. Рассмотрена возможность обеспечения надежности строительного объекта на примере двухпролетной неразрезной шарнирной балки. При этом установлена необходимость учета всех возможных схем разрушения строительной системы. Надежность двухпролетной неразрезной шарнирной балки оценивается вероятностью того, что не реализуется ни одна из возможных схем разрушения или образования одного из множества вариантов кинематического механизма. Кинематический механизм образует цепь пластических шарниров или цепь прогрессирующих разрушений расчетных сечений. То есть, задача недопущения прогрессирующего обрушения сводится к обеспечению требуемой надежности как всего сооружения, так и отдельных его элементов (расчетных сечений) путем варьирования качественными и количественными составляющими структуры надежности. Под надежностью элемента понимается его способность сохранять внутренние усилия в расчетном сечении не меньше внешних усилий. Показано, что правильные конструктивные решения, рациональный выбор материалов и обеспеченностей нагрузок позволяют добиться заданной надежности строительной системы. Это приводит в одних случаях к экономии материалов, в других – к уменьшению вероятности отказов. Построение структуры надежности технической системы позволяет количественно оценить наиболее опасные расчетные схемы разрушения, рациональным образом регулировать выбор запасов прочности несущих элементов, перераспределять эти запасы между ними и в результате не допускать прогрессирующего обрушения. Введенные дифференциальные характеристики элементов «вес», «значимость», «вклад» и «удельный вклад» позволяют наглядно увидеть распределение роли всех элементов на заданной структуре при решении конкретных задач, включая учет возможности прогрессирующего обрушения. Исследование показало, что изъятие ненадежных вертикальных несущих конструкций не решает проблему надежности строительного объекта, в том числе и защиту от прогрессирующего обрушения. Установлено, что при проектировании сооружений, в том числе и от прогрессирующего обрушения, обязательно необходимо на основе кинематического анализа построить структуру надежности системы, выявить наиболее важные и значимые элементы этой структуры и специальными приемами регулирования добиться требуемой надежности сооружения. Это позволит добиться существенной экономии ресурсов и снижения затрат по разработке конструктивных мероприятий.
The stress that affects structures and their mechanical and geometrical parameters are random values. For that reason, the dependability of a construction facility (technical system) is generally evaluated in terms of the probability of no-failure over the estimated period of operation. The paper shows the feasibility of dependability analysis of building systems in the course of their design using logical and probabilistic methods, presents algorithms for regulating their dependability. It examines the feasibility of assuring the dependability of a construction project using the example of a double-span whole hinged beam. The paper also establishes the requirement of accounting for all possible destruction models of a building system. The dependability of a double-span whole hinged beam is estimated based on the probability of non-occurrence of all possible destruction models or one of a set of possible kinematic mechanisms. A kinematic mechanism forms a chain of plastic hinges or a chain of progressive failures of effective sections. In other words, the task of preventing progressive collapse comes down to ensuring the required dependability of both the building as a whole, and its individual members (effective sections) by adjusting qualitative and quantitative indicators of the dependability structure. The dependability of a member is understood as its ability to maintain internal force within the effective section at least as high as the external force. It is shown that correct design solutions, rational choice of materials and load non-exceedance probabilities enables specified dependability of a building system. In some cases that allows saving materials, in others enables lower probabilities of failure. Constructing the dependability structure of a technical system enables a quantitative estimation of the most hazardous design models of destruction, rational management of the choice of safety factors of load bearing members, redistribution of such safety factors, thus preventing progressive collapse. The introduced differential characteristics of the members’ “weight”, “significance”, “contribution” and “specific contribution” allows demonstrating the distribution of the roles of each member within the specified structure in terms of specific problems, including accounting for the possibility of progressive collapse. The study has shown that the removal of undependable vertical load bearing structures does not solve the problem of dependability of a construction project, including protection against progressive collapse. It has been established that the design of structures, including in terms of considerations of progressive failure, must involve constructing a system dependability structure using kinematic analysis, identifying the most important and significant members of such structure and – using special adjustment techniques – obtaining the required structure dependability. That will enable significant resource saving and reduction of costs associated with the development of construction operations.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.