Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Формообразование строительных конструкций. Монография

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 189 10 11 12 13 14 15 16 17 18 > Следующая >>>

исполнения системы, согласованности компонентов исполнения системы (энергетическая, информационная и техническая совместимость), неравномерности развития компонентов исполнения системы, предпочтительности исполнений системы и аналогий в развитии технических систем.

Выше, в подразделе 3.2, принципы формообразования определяются в последовательности, не отвечающей в полной мере их значимости для проектирования. Построение идеальной в таком смысле системы вообще сомнительно. Удобнее в зависимости от круга решаемых творческих задач расставлять критерии по их роли, исходя из практической целесообразности выбора наиболее важных критериев на этапах проектирования или экспертизы проектов. Тем не менее, принцип, определяющий безопасность конструктивной формы, поставлен на первое место, что отвечает не только важнейшей потребности общества и личности — жить и трудиться в безопасном мире, но и законодательным актам, международным и государственным.

Выдвинутые принципы формообразования с некоторой условностью могут быть распределены по «группам критериев технического прогресса», вытекающих «…из самой сущности техники, из единства ее природно-социальных моментов». Такие критерии сформулированы в работе [92], рассматривающей общие закономерности развития техники.

Как отмечает автор, критериями «субстационального поряд- ка» можно считать «принцип композиции конструкционных материалов» и «принцип объединения технологий». Критериями «структурного порядка» являются «принцип структурирования», «принцип безопасности» и «принцип самосохранения»; к «функ- циональным критериям» можно отнести «принцип управляемости»; к «технологическим и эксплуатационным критериям» от- носятся «принцип технологичности», а отчасти — «принцип конкуренции», «принцип управляемости» и «принцип объединения технологий»; к «экономическим критериям» — «принцип эконо- мичности», «принцип конкуренции» и «принцип энергоемкости»; к «социальным критериям» — «принцип эстетичности» и, отчасти, «принцип конкуренции».

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ

1. Формообразование — объективно действующий исторический процесс создания, развития и обновления строительных конструкций, одна из важнейших граней инженерного творчества. Создание, развитие как конструктивных, так и архитектурных форм сооружений — неотъемлемая, фундаментальная черта цивилизаций, их исторические «портреты». Сооружения больших и сверхбольших пролетов и протяженностей — наиболее яркие результаты человеческой деятельности. Чем сложнее природные условия и применяемые цивилизацией технологии, тем сложнее технические системы сооружений, их конструктивные формы, тем обычно более длительны циклы осуществления проектов и, к сожалению, тем больше случаев прерывания этих циклов.

2. Системы критериев конструирования и разработки технологий создания изделий (выпуска продукции) имеются в различных отраслях техники и являются специфическими отображениями закономерностей и принципов общей теории технических систем, получившей развитие в 70—90-х гг. XX в.

3. Принципы создания строительных конструкций как критерии выбора проектов из совокупности известных и новых конструктивных форм объективно существуют, действуют и полностью определяют уровень решения многокритериальной проблемы конструирования. Соблюдение комплекса этих критериев — необходимое условие прогрессивного развития конструктивных форм во всех отраслях строительства.

4. В качестве варианта системы принципов формообразования строительных конструкций может рассматриваться совокупность критериев: «безопасности», «конкуренции», «экономичности», «энергоемкости», «управляемости», «самосохранения», «технологичности», «объединения технологий», «композиции конструкционных материалов», «структурирования», «совмещения функций», «эстетичности».

5. Конкретные конструктивные формы или несущие элементы этих форм могут иметь особенности, наиболее четко оцениваемые с позиций отдельных принципов формообразования из их общей системы. При этом по другим критериям этой системы оценки должны быть, безусловно, позитивными, но не определяющими для принятия решения по применению рассматриваемых форм или элементов в технических решениях проекта. Возможны случаи, когда выбор технического решения дела-

ется вопреки некоторым принципам формообразования в силу действия как объективных, так и субъективных факторов.

6. Сформулированный «принцип безопасности» в предлагаемой совокупности критериев формообразования рассматривается во всех случаях. Он является важнейшим, поскольку в полном объеме включает требования к надежности создаваемой технической системы и одновременно охватывает все аспекты безопасности ее взаимодействия с другими системами, природными и техническими, окружающими сооружение или участвующими в его эксплуатации.

7. Переход к новым конструктивным формам возможен только в условиях обращения к конструктивным идеям, возникающим в информационной среде, содержащей данные о современных характеристиках природных и техногенных опасностей, о новых конструкционных материалах, о технологических процессах, о возможностях заводов — изготовителей деталей и монтажных блоков по точности и контролю качества изготовления продукции, о доступности применения для выполнения строительно-монтажных работ достаточно производительных и надежных современных технических средств. Такая информационная среда должна охватывать несколько классов сооружений и может выходить даже за рамки строительства в другие отрасли техники.

8. При оценке уровня проекта одновременно с его анализом по известным принципам «экономичности», «конкуренции», «технологично- сти», «совмещения функций» значительный интерес представляют вновь введенные принципы: «самосохранения», «управляемости»,

«композиции конструкционных материалов», «структурирования», «энергоемкости», «объединения строительных технологий». Послед-

няя группа принципов формообразования обеспечивает существенное повышение уровня общей экспертной оценки проектов благодаря учету широкого круга особенностей рассматриваемого класса строительных конструкций в специфических условиях технического задания на проектирование.

4. ВОЗМОЖНОСТИ АНАЛИЗА ПРОЦЕССОВ

РАЗРУШЕНИЯ СООРУЖЕНИЙ

4.1. О МЕТОДЕ РАСЧЕТА СТРОИТЕЛЬНЫХ

КОНСТРУКЦИЙ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ

оздатели «метода расчета по предельным состояниям», критикуя концепцию «метода расчета по допускаемым напряжениям», господствовавшую в нормах различных

стран в XIX в. и середины XX в., в качестве важнейшего аргумента в пользу радикального пересмотра сложившихся критериев безопасности сооружений выдвигали необходимость рассмотрения состояний, предшествующих разрушению строительных конструкций [106; 121; 136]. Этот довод прокомментирован в работе [137], где говорится, что критики расчета по методу допускаемых напряжений выдвинули другую концепцию расчета (считают, что впервые ее высказал Галилей): чтобы можно было безопасно эксплуатировать конструкцию, надо знать, как она «умирает». По этой концепции и был разработан метод расчета по предельным состояниям.

К сожалению, методология познания того, «как умирает кон-

струкция», развивается очень медленно, а научное обоснование новых технических решений остается неполноценным и практически незначительно влияющим на технико-экономические показатели проектных решений. Науке, если ее вообще привлекают к разработке проектов сложных объектов, в большинстве случаев, к сожалению, отводят роль «сопровождения» строительства и проектирования — без возможности существенно влиять на проектные решения. Но желательно, чтобы научный анализ намечаемых технических решений исчерпывающим образом определял качество (а в первую очередь, — безопасность) и эффективность проекта до его рассмотрения научно-технической экспертизой.

В книге [115, с. 10, 11], по существу подводящей итоги разви-

тия строительной механики в XX в. — в части применения метода конечных элементов (МКЭ) к задачам математического моделирования сооружений, в полной мере раскрыты достоинства расчета конструкций на основе МКЭ и узкие места «метода пре-

дельных состояний», особенно при моделировании нелинейных процессов деформирования. Там же приведена вполне объективная оценка норм проектирования с точки зрения регламентации в них уровней разработки расчетных моделей сооружений:

«…Возникает следующее противоречие: уточнение расчетной

схемы может приводить к менее экономичным решениям, поскольку и для грубой, и для уточненной моделей применяются одни и те же коэффициенты запаса. Получается, что, взяв на себя ответственность за составление уточненной модели, расчетчик должен иметь возможность корректировать рекомендации нормативного документа».

«…Приходило ли кому-либо в голову хотя бы экспертно при-

кинуть то количество человеко-лет, которое ежегодно тратится сотрудниками проектных организаций на выяснения и дискуссии по поводу тех или иных положений норм? Что заложено на основе чистой эмпирики, а что имеет под собой теоретический фундамент и какой?»

Для обоснования надежности сооружений, наряду с проблемой установления достаточных уровней расчетных моделей строительных конструкций, наиболее слабым звеном «метода предельных состояний» продолжает оставаться проблема выбора расчетных сочетаний внешних воздействий на сооружения при рассмотрении многочисленных критериев этого метода.

Современное законодательство Российской Федерации регулирует обоснование технической, экологической и экономической безопасности технических систем, включая и сооружения, Федеральным законом от 21 июля 1997 г. № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-Ф3 «О техническом регулировании», вступившим в действие с 01 июля 2003 г. (оба закона — с изменениями редакции по состоянию на декабрь 2010 г.) и Федеральным законом № 384-Ф3 от 30 декабря 2009 г. «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений». Эти законы становятся в Российской Федерации основой для радикального реформирования правовых отношений в научнотехническом творчестве, включая и процесс создания новых конструктивных форм во всех отраслях строительства.

Как следует из закона № 184-Ф3 (ст. 46, п. 7), существующие строительные нормы и правила (СНиП) должны быть заменены системой общих и специальных технических регламентов, устанавливающих (согласно № 184-ФЗ, ст. 7, п. 1) «с учетом степени риска причинения вреда» минимально необходимый уровень требований безопасности создаваемых продуктов и реализуемых технологических процессов. Любое государственное или частное предприятие может разрабатывать новые конструктивные решения и технологии и внедрять новые разработки в строительство с научно обоснованным более высоким уровнем безопасности, чем это установлено Техническими регламентами. Такая разница уровней безопасности должна создавать конкурентную среду, стимулирующую в рамках рыночной экономики научнотехнический прогресс. Поэтому можно признать исключительно актуальным вопрос о том, как определить и сформулировать в новых Технических регламентах минимально необходимый уровень требований технической безопасности создаваемых сооружений.

Здесь уместно вспомнить высказывание выдающегося ученого-мостостроителя Г.К. Евграфова, считавшего, что чем больше обязательных требований в нормах, тем меньше ответственности проектировщиков и строителей, тем хуже качество конструкций [191]. К этому можно добавить положение о том, что, с другой стороны, «чем меньше обязательных требований в нормах», тем труднее экспертам и инвесторам оценить уровень технической, экологической и экономической безопасности нового проектного решения. Поэтому методологический аспект создания конструк-

тивных форм так важен для экспертизы проектов*.

Актуальность разработки и внедрения современных методологиче-

ских подходов к оценке обеспечения достаточного уровня безопасности инженерных сооружений увеличивается в связи со вступлением в действие Федерального закона от 27 июля 2006 г. № 156-ФЗ «О внесении изменений в статью 18 Федерального закона «О лицензировании отдельных видов деятельности»». Согласно ст. 1, п. 2 Федерального закона № 156-ФЗ, было прекращено лицензирование указанных в п. 1 ст. 17 Федерального закона от 8 августа 2001 г. № 128-ФЗ, в частности, следующих видов деятельности (за исключением сооружений сезонного

Обсуждаемые в данном подразделе положения и содержание разд. 4 настоящей монографии в целом могут быть отнесены к различным классам строительных конструкций, но, в первую очередь, предлагаемые здесь математические модели могут быть полезны для реализации при проектировании наиболее сложных и ответственных сооружений с большими и сверхбольшими пролетами.

На первом этапе рассматривается детерминированная модель «идеального» объекта, собранного в полном соответствии с проектом (или с исполнительной документацией) по номинальным значениям геометрических параметров конструкции. Может быть также рассмотрена «стартовая» модель сооружения, уже «накопившая» за некоторый период эксплуатации объекта различные дефекты и изменения физико-механических характеристик материалов в несущих элементах.

Малые начальные движения удовлетворяют всем условиям работы внешних и внутренних связей системы, первоначально установленных проектом. Это достигается благодаря выбору в качестве «элементарных» движений комбинации из конечного числа форм свободных колебаний сооружения (без учета рассеивания энергии, но с учетом геометрической составляющей матрицы жесткости). Для моделирования процессов деформирования без учета сил инерции используются только амплитудные значения нормированных форм свободных колебаний.

При «раскачке» «пробного» движения в заданной области поступательных и связанных с ними угловых перемещений узлов модели в заданном интервале времени «раскачки» (чем определяется и интервал скоростей деформирования) часть внутренних и

внешних связей и структура конечных элементов модели могут перестраиваться, подчиняясь заданной, развивающейся во вре-

мени (нарастающей по модулю) общей форме «пробного» движения, но, возможно, с изменением числа степеней свободы в модели. Это означает, что (с точностью до знания физикомеханических характеристик несущих элементов и связей) для

или вспомогательного назначения): проектирование зданий и сооружений, строительство зданий и сооружений, инженерные изыскания для строительства зданий и сооружений.

заданного движения в принципе можно численно моделировать процессы разрушения системы с переходом от локальных повреждений к достижению состояния тотальной неспособности системы наращивать внутреннюю потенциальную энергию деформации.

Для подсчета потенциальной и кинетической энергии, а также величины рассеивания энергии подавляющая часть вычислений может выполняться параллельно — как по всей совокупности несущих элементов, так и по любым их группам. Более того, па-

раллельно могут обрабатываться несколько «пробных» движений системы.

Предлагаемый методологический подход [156; 170; 171] отличается от известного направления в анализе разрабатываемых систем и конструкций, связанного с получением информации об их «чувствительности» к изменениям в проектах, несовершенствах в изготовлении, вариациях внешних воздействий и других факторов, имеющих детерминированный или вероятностный характер [177]. Основная идея этой работы — рассмотрение «формы элементов конструкций как переменной проектирования». Авторы, введя понятие «материальной производной механики сплошной среды», предложили и разработали весьма громоздкие даже для простейших примеров методики, ориентированные на получение алгоритмов решения сложных нелинейных задач оптимизации конструкций, не применяя принцип отказа от перво-

начальной постановки краевых задач определения перемещений конструкции как функций заданных внешних воздействий. Тем не

менее, именно монография [177] послужила толчком к разработке по существу альтернативной идеи, рассмотренной ниже. В простейшем случае, когда пробные движения (перемещения) можно легко задать, аналогичный подход без использования метода Монте-Карло применяется в исследованиях прочности и устойчивости высотных плотин в гидротехническом строительстве [106].

На формирование автором рассмотренного в этой главе подхода к анализу строительных конструкций решающее влияние оказали труды таких отечественных ученых, как И.М. Рабинович, А.П. Синицын, Б.М. Теренин, И.Е. Милейковский, В.В. Болотин и английского ученого, профессора Редингского университета

Дж. Гордона. Речь идет об опубликованных источниках, появление первого и последнего из которых во времени разделяют 44 года (1958 и 2002 гг.). Можно признать важными и своевременными приводимые ниже отдельные выдержки из трудов этих ученых с краткими комментариями:

● Работа ([121], 1958 г.). В заключительном разделе этого

труда (ч. 2, гл. 19, § 8, с. 681, 682) ее авторами (И.М. Рабиновичем, А.П. Синицыным и Б.М. Терениным), повидимому, впервые (по крайней мере, в отечественной истории строительной механики) поставлен комплекс задач теории разрушения сооружений. Подкрепим этот вывод цитатами:

«…Расчеты, выдвигаемые задачей разрушения сооружений, достаточно своеобразны и в то же время сложны, чтобы оправдать их выделение в особый, хотя и небольшой, раздел строительной механики. Теория прочности и разрушения материалов входит в состав теории разрушения сооружений как один из составных элементов. Эта теория еще не имеет литературы…». «…Основная задача теории разрушения сооружений — достижение требуемого разрушительного эффекта наименьшими средствами, т.е. наиболее целесообразный выбор и назначение тех местных разрушений, с помощью которых вызывается разрушение сооружения. Дополнительная задача, вытекающая из основной, состоит в вычислении тех напряжений и деформаций, которые развиваются в сооружении после того, как будут произведены те или иные местные разрушения.

Может быть поставлена также задача об управлении процессом разрушения, т.е. о подчинении этого самостоятельно развивающегося процесса некоторой заранее заданной последовательности. Понятие о разрушении сооружений имеет условный смысл, зависящий от конструкции и назначения сооружения. Его нельзя смешивать ни с понятием об уничтожении сооружения, ни с распространенным в обычной практике понятием о «предельном состоянии» сооружения…

… Для расчета на разрушение обычные расчетные схемы сооружения и обычные расчетные гипотезы непригодны или, во всяком случае, требуют существенного исправления».

● Монография А.П. Синицына ([136], 1985 г.). Автор (с. 18)

для преодоления неопределенностей в выборе «закона разруше-

ния конструкции» предложил и обосновал использование концепции оценки риска при проектировании сооружений:

«…Выбор закона разрушения для данной конструкции является трудной задачей, которая может быть решена, как правило, с некоторым приближением. В связи с этим возникает понятие «риск», которое позволяет оценить неточность, связанную с выбором закона разрушения».

● Статья И.Е. Милейковского ([100], 1996 г.) «Изучение про-

цессов разрушения зданий, сооружений как новое направление в строительной механике». Автор обращает внимание на то, что «конструктивная нелинейность — важнейший аспект анализа процессов разрушения».

«…Возникает новая теоретическая задача о разработке методики расчета сооружения с изменяющейся конструктивной и расчетной схемами при разрушении. (Можно принимать динамический коэффициент, равный 2, — внезапно приложенная нагрузка, без удара.) Воздействие становится импульсным для оставшейся конструкции». «…С увеличением статической неопределимости системы при разрушении отдельных элементов или локальных зон тонкостенных конструкций — складок и оболочек — опасность разрушения всей конструкции в принципе снижается, но не исключается».

● Статья В.В. Болотина ([31], 2002 г.), в которой автор пока-

зал необходимость дальнейшего развития теории сооружений для обеспечения решения новых задач расчета и конструирования объектов с учетом высокоинтенсивных природных и техногенных воздействий. В.В. Болотин выделяет два вида таких воздействий.

Первый вид — это расчеты зданий и сооружений на интенсивные природные, и, в первую очередь, — на сейсмические воздействия (соответствующие методы уже давно и успешно разрабатываются в теории сейсмостойкости строительных конструкций и применяются в проектной практике) плюс расчеты на воздействия ураганов, наводнений, цунами.

Второй вид воздействий имеет техногенное происхождение либо по источнику подводимой кинетической, химической и тепловой энергии, либо по развитию необратимых процессов перехода потенциальной энергии конструкции в кинетическую, в том числе и от их природного возбуждения.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 189 10 11 12 13 14 15 16 17 18 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]