Оценка силового сопротивления одноветвевых стальных колонн производственных зданий двутаврового сечения, получивших повреждения при эксплуатации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Гонтаренко Иван Владимирович

• Гонтаренко Иван Владимирович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Гонтаренко Иван Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

1.1 Методы оценки конструкционной безопасности производственных объектов

1.2 Характерные повреждения стальных колонн производственных зданий

1.3 Реакция металлических строительных конструкций на

неблагоприятные воздействия при эксплуатации

1.4 Концентрация напряжений в ослабленных сечениях стальных конструкций с повреждениями

1.5 Разработка научных основ оценки силового сопротивления стальных колонн, получивших механические и коррозионные повреждения при эксплуатации

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИЛОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ВНЕЦЕНТРЕННО-СЖАТЫХ СТАЛЬНЫХ КОЛОНН С КОРРОЗИОННЫМИ И МЕХАНИЧЕСКИМИ ПОВРЕЖДЕНИЯМИ

2.1 Определение силового сопротивления внецентренно сжатых стоек двутаврового сечения с использованием ПВК SCAD

2.1.1 Создание численных моделей исследуемых стоек

2.1.2 Результаты определения силового сопротивления внецентренно сжатых поврежденных стоек в ПВК Structure CAD

2.2 Определение силового сопротивления внецентренно сжатых стоек с повреждениями в ПВК ANSYS

2.2.1 Методика создания моделей внецентренно сжатых стоек с повреждениями в ПВК ANSYS

2.2.2 Исследование работы модели с учетом нелинейных свойств материала в ПВК ANSYS

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫХ СТАЛЬНЫХ КОЛОНН С КОРРОЗИОННЫМИ И МЕХАНИЧЕСКИМИ ПОВРЕЖДЕНИЯМИ

3.1.1 Изготовление экспериментальных образцов

3.2 Методика проведения экспериментальных исследований

3.2.1 Стенд для испытания стоек на внецентренное сжатие

3.2.2 Загружение экспериментальных образцов

3.2.3 Аппаратное и программное обеспечение тензометрии

3 . 3 Исследование напряженно-деформированного состояния внецентренно сжатых стоек с повреждениями

3.4 Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ ПОВРЕЖДЕНИЙ СТАЛЬНЫХ КОЛОНН ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

4.1 Анализ существующих методов оценки коррозионных и механических повреждений стальных колонн производственных зданий

4.1.1 Оценка влияния ослаблений на силовое сопротивление внецентренно-сжатых колонн, получивших повреждения,

по нормативной методике

4.1.2 Оценка влияния ослаблений на силовое сопротивление внецентренно-сжатых колонн по результатам выполненного исследования

4.1.3 Оценка влияния механических повреждений на силовое сопротивление внецентренно-сжатых колонн

4.1.4 Оценка влияния коррозионных повреждений на силовое сопротивление внецентренно-сжатых колонн

4.2 Оценка технического состояния стальных колонн производственных

4.3 Оценка технического состояния стальных колонн производственных зданий с механическими и коррозионными повреждениями

4.4 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка силового сопротивления одноветвевых стальных колонн производственных зданий двутаврового сечения, получивших повреждения при эксплуатации»

ВВЕДЕНИЕ

Безопасное функционирование производственных зданий и сооружений длительных сроков эксплуатации требует глубокого и всестороннего изучения вопросов, связанных с нормативным, техническим, методическим и организационным обеспечением процесса эксплуатации с учетом проявляющихся явлений деградации. Разработка и обоснование новых решений, позволяющих обеспечить необходимый уровень безопасности, определить силовое сопротивление несущих элементов каркаса, получивших повреждения, оценить их техническое состояние, является актуальной научной задачей, имеющей важное народно-хозяйственное значение.

Грубые нарушения правил технической эксплуатации металлических несущих конструкций производственных зданий и сооружений, нештатные ситуации, вызванные техногенными или природными причинами, приводят к появлению и накоплению повреждений. Разрушения защитных покрытий, коррозия и разрывы металла, локальные механические повреждения, трещины в основном металле и сварных швах, вырезы в элементах, ослабления болтовых и заклёпочных соединений, прожоги расплавленным металлом, деформации, вызванные перегрузками или неравномерными осадками оснований - характерные повреждения стальных колонн и других несущих элементов каркаса. Снижение несущей способности металлических конструкций в процессе эксплуатации производственных зданий и сооружений нередко приводит к возникновению аварийных ситуаций. Безаварийная эксплуатация производственных объектов является сложной комплексной проблемой, требующей постоянного совершенствования применяемых средств и методов ее решения.

Чтобы оценить степень эксплуатационной пригодности и возможность дальнейшей безопасной эксплуатации поврежденных конструкций, спрогнозировать их надежность на различных этапах существования требуется определить их силовое сопротивление. Обнаруженные во время осмотра повреждения должны оперативно оцениваться с точки зрения опасности разрушения конструкций. В тех случаях, когда такая опасность существует, требуется принять срочные меры по ее ликвидации (разгрузка конструкций, временное раскрепление, ремонт и т. п.).

Актуальность темы исследования. С учетом сокращения объемов строительства новых промышленных предприятий очевидной становится необходимость реконструкции существующих объектов. При проведении реконструкций и капитальных ремонтов производственных зданий, построенных в нашей стране в XX веке, требуется оценить несущую способность и деформативность сохраняемых стальных конструкций, теоретически обосновать возможность их дальнейшей безопасной эксплуатации. Выявление резервов несущей способности эксплуатируемых стальных строительных конструкций и повышение их силового сопротивления, основанные на совершенствовании методов их расчета и проектирования, является актуальной проблемой в масштабах страны. В данной работе рассматривается вопрос разработки научных основ оценки силового сопротивления металлических внецентренно-сжатых колонн, получивших механические и коррозионные повреждения при эксплуатации.

Степень разработанности темы исследования. Исследованием влияния разного рода повреждений на несущую способность металлоконструкций занимались такие авторы, как Ю.И. Кудишин, В.А. Балдин, И.И. Ведяков, П.Д. Одесский, В.В. Зверев, Белый Г.И., Овчинников, В.И. Астафьев и другие. В настоящее время нормативный расчет металлических конструкций с повреждениями выполняется согласно пособию по проектированию усиления стальных конструкций (к СНиП 11-23-81*). Однако, в исследованиях не определялся коэффициент запаса между нормативным расчетом и экспериментальными данными по несущей способности одноветвевых стальных колонн двутаврового сечения. Так же, не определена адекватность применения компьютерной модели АКБУБ при исследовании несущей способности одноветвевых стальных металлических колонн с повреждениями и возможность применения подобных расчетов для дальнейших прогнозов по эксплуатации. Исследования по влиянию дефектов на несущую способность одноветвевых стальных колонн при помощи комплекса АКБУБ не проводился.

Цель и постановка задач исследования. Целью работы является выявление резервов несущей способности эксплуатируемых металлических конструкций производственных зданий с механическими и коррозионными повреждениями на

различных этапах существования объекта на основе совершенствования существующих методик оценки силового сопротивления. Подобная оценка позволяет выявить конкретные межремонтные сроки конструкции с учетом степени агрессивности среды данного предприятия, а также установить возможность ограниченной эксплуатации конструкций до плановых ремонтно-восстановительных работ.

Достижение цели работы осуществлено постановкой и решением взаимосвязанных задач:

1. Изучить существующие методики расчета стальных внецентренно-сжатых колонн с повреждениями, оценить их точность и, при необходимости, предложить корректировку расчетных формул.

2. Выполнить по единой методике комплексные экспериментально-теоретические исследования стальных внецентренно-сжатых колонн, получивших повреждения при эксплуатации.

3. Создать численные модели внецентренно-сжатых колонн с ослабленными за счет механических и коррозионных повреждений сечениями, адекватно учитывающие особенности действительной работы конструкций;

4. Исследовать влияние механических и коррозионных повреждений, зафиксированных при обследовании, на техническое состояние и возможность дальнейшей эксплуатации металлических несущих конструкций производственных зданий и сооружений.

5. Изучить возможность эффективного использования конструкций с большим сроком эксплуатации при обеспечении их надежности.

6. Дать рекомендации по оценке силового сопротивления металлических колонн, получивших механические и коррозионные повреждения при эксплуатации.

Объект исследования: одноветвевые стальные колонны двутаврового сечения производственных зданий и сооружений, получившие механические и коррозионные повреждения при эксплуатации.

Предметом исследования является оценка силового сопротивления несущих стальных одноветвевых стальных колонн двутаврового сечения с повреждениями, основанная на методах компьютерного и экспериментального

моделирования поведения внецентренно-сжатых стоек с ослабленными сечениями при силовом воздействии.

Область исследования. В соответствии с формулой специальности 2.1.1 -Строительные конструкции, здания и сооружения в диссертационной работе представлены исследования конструкционной безопасности одноветвевых стальных колонн производственных зданий двутаврового сечения, основанные на использовании современных экспериментальных методов и методов компьютерного моделирования. В соответствии с поставленными целями и решенными задачами выполненное исследование соответствует следующим пунктам паспорта специальности: 1. Создание и развитие эффективных методов расчета и экспериментальных исследований вновь возводимых, восстанавливаемых и усиливаемых строительных конструкций наиболее полно учитывающих специфику воздействий на них, свойства материалов, специфику конструктивных решений и другие особенности; 2. Развитие методов оценки надежности строительных конструкций, зданий и сооружений, прогнозирование сроков их службы, безопасности при чрезвычайных ситуациях и за проектных воздействиях.

Научная новизна исследования: разработаны научные основы оценки силового сопротивления одноветвевых металлических колонн двутаврового сечения, получивших механические и коррозионные повреждения при эксплуатации; на основании предложенной модели определены пороговые значения для оценки технического состояния и безопасного остаточного ресурса; разработана методика по оценке конструкционной безопасности эксплуатируемых колонн с повреждениями.

Теоретическая значимость диссертационной работы заключается в совершенствовании методик по определению силового сопротивления стальных металлических колонн двутаврового сечения с повреждениями при помощи современных вычислительных комплексов.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в разработке методик по определению силового сопротивления одноветвевых стальных колонн двутаврового сечения, получивших повреждения разного рода при

эксплуатации. Рекомендации к оценке силового сопротивления одноветвевых стальных колонн двутаврового сечения с повреждениями применены ООО «ПГ «Энергия» и ООО «Спецстрой» на объектах энергетики при расчете остаточной несущей способности, что подтверждается актами внедрения (Приложение№2).

Методология и методы исследования. Методология исследования заключается в анализе ранее полученных результатов теоретических и экспериментальных исследований отечественных и зарубежных авторов по вопросам образования и развития коррозионных и механических повреждений конструктивных элементов зданий и сооружений. Методы исследования базируются на использовании математического аппарата метода конечных элементов (МКЭ) и системного анализа.

Основная научно-техническая гипотеза - выполнить по единой методике комплексные экспериментально-теоретические исследования стальных строительных конструкций, получивших повреждения при эксплуатации, на основе которых откорректировать известные и создать новые расчетные методики с применением современных программно-вычислительных комплексов.

Основные положения, выносимые на защиту:

В ходе диссертационного исследования получены следующие теоретические и практические результаты, являющиеся предметом защиты:

1. Научные основы оценки силового сопротивления одноветвевых стальных колонн двутаврового сечения, получивших механические и коррозионные повреждения при эксплуатации;

2. Численные модели внецентренно-сжатых одноветвевых стальных колонн двутаврового сечения с ослабленными за счет механических и коррозионных повреждений сечениями;

3. Методы интерпретации результатов неразрушающего контроля и технического диагностирования элементов производственных зданий на основе компьютерного моделирования.

4. Результаты комплексных экспериментально-теоретических исследований внецентренно-сжатых одноветвевых стальных колонн двутаврового сечения, получивших повреждения при эксплуатации.

5. Методика определения силового сопротивления одноветвевых стальных колонн двутаврового сечения колонн, получивших эксплуатационные повреждения, при помощи современных ПВК.

Достоверность научных результатов обеспечивается системным характером исследований, базирующимся на общенаучной методологии, результатах обследований эксплуатируемых производственных зданий, теоретическими разработками и практическими рекомендациями; подтверждается согласованностью данных компьютерного моделирования, доказательной базой проведенных экспериментов, согласованностью отдельных выводов и результатов с результатами, полученными другими исследователями.

Апробация работы. Основные положения, материалы и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на конференциях:

Российская научно-практическая конференция., посвященная памяти профессора Ю.Н. Мурзенко и А.П. Пшеничкина «Актуальные проблемы фундаменто-строения на Юге России» (ЮРГТУ, г. Новочеркасск, 14-15 июля 2010 г.), XII международная научно-практическая конференция «Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений» (ЮРГТУ, г. Новочеркасск, 30 окт. 2012 г.), XVII научно- методическая конференция «Дефекты зданий и сооружений. Усиление строительных конструкций» (ВИ (ИТ) ВАМТО (ВИТУ), Санкт-Петербург, 21 марта 2013 г.), XIII международная научно-практическая конференция «Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений» (ЮРГПУ, г. Новочеркасск, 30 окт. 2013 г.), международная научно-практическая конференция «Современные проблемы промышленного и гражданского строительства «Строительство - 2013» (РГСУ, Ростов-на-Дону, 2013г.), V международный семинар «Актуальные проблемы компьютерного моделирования конструкций и сооружений» (ИГТУ, г. Иркутск, 1-6 июля 2014 г.), международная научно-практическая конференция, посвященная памяти профессора, доктора технических наук, крупного специалиста в области проектирования и строительства уникальных сооружений Игоря Святославовича Дурова (1914-1994) «Оптимизация и ресурсосбережение строительных конструкций зданий и сооружений,

водохозяйственных систем и инженерная экология» (ЮРГПУ (НПИ), г. Новочеркасск, 2014 г.), международная научно-практическая конференция «Современное оборудование, методы инструментального обследования и усиления зданий и сооружений» (КубГАУ, г.Краснодар, 2019 г.), International Conference on Materials Physics, Building Structures and Technologies in Construction, Industrial and Production Engineering (MPCPE 2020) , (27-28 April 2020, Vladimir State University named after Alexander and Nikolay Stoletovs, Vladimir, Russian Federation), XIX международная научно-практическая конференция «Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений», (г. Новочеркасск, ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова, 22-23 окт. 2020 г.), Всероссийская (национальная) научно-практическая конференция «Актуальные проблемы науки и техники. 2021» (г. Ростов-на-Дону, ДГТУ, 17-19 марта 2021 г.).

Публикации. Основные результаты выполненных исследований и положения диссертации опубликованы в 6 научных трудах, в том числе в 5 изданиях, индексируемых ВАК и 1-м индексируемом SCOPUS.

Диссертационная работа выполнялась в период с 2011 по 2021 г. на кафедре «Градостроительство, проектирование зданий и сооружений» Южно-Российского Государственного Политехнического Университета им. М.И. Платова под руководством кандидата технических наук, профессора Н.А. Бузало.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы, списка иллюстративного материала и четырех приложений. Работа изложена на 160 страницах, содержит 24 рисунка и 12 таблиц. Список литературы включает 140 наименований.

Основное содержание работы.

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой темы, представлены цели и задачи исследования, сформулированы научная новизна и практическая значимость работы, приводятся данные об апробации работы и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе анализируются опубликованные исследования, посвященные оценке степени эксплуатационной пригодности поврежденных металлических конструкций производственных зданий и сооружений, возможности их безопасной эксплуатации, прогнозирования их надежности на различных этапах существования.

Во второй главе проведены исследования, нацеленные на изучение работы поврежденных стальных стоек двутаврового сечения с целью определения силового сопротивления и сравнения полученных результатов в программных комплексах с экспериментальными данными.

В третьей главе выполнены экспериментальные исследования силового сопротивления поврежденных стоек для верификации созданных с применением программно-вычислительных комплексов моделей.

В четвертой главе проведено исследование влияния повреждений на несущую способность одноветвевых стальных колонн двутаврового сечения.

В выводах и рекомендациях:

1. Выполнен обзор литературы по теме исследования, изучены существующие методики расчета стальных внецентренно-сжатых колонн с повреждениями.

2. По единой методике проведены комплексные экспериментально-теоретические исследования стальных внецентренно-сжатых колонн, получивших повреждения при эксплуатации.

3. Созданы численные модели внецентренно-сжатых колонн двутаврового сечения с ослабленными за счет механических и коррозионных повреждений сечениями, адекватно учитывающие особенности действительной работы конструкций.

4. Доказана адекватность компьютерной модели, выполненной в ПВК ANSYS, для возможности проведения дальнейших исследований с учетом повреждений без проведения натурных испытаний.

5. На основании сравнения критических нагрузок, рассчитанных по нормативной методике и полученных в результате исследования, можно сделать вывод о том, что значения критической нагрузки, определенные по нормативной методике «Пособия по проектированию усиления стальных конструкций (к СНиП П-23-81*)» дают коэффициент запаса 1,3-1,4.

6. Изучено влияние механических и коррозионных повреждений, зафиксированных при обследовании стальных одноветвевых стоек двутаврового сечения, загруженных с одноосным эксцентриситетом, на силовое сопротивление. К дефектам, наиболее сильно влияющим на несущую способность, относятся площадь и глубина коррозии полок.

7. Разработана методика по оценке силового сопротивления одноветвевых стальных колонн двутаврового сечения при помощи ПВК ANSYS.

8. Оценка силового сопротивления одноветвевых стальных стоек двутаврового сечения позволяет выявить конкретные межремонтные сроки для проведения капитального ремонта с учетом степени агрессивности среды данного предприятия, а также установить возможность ограниченной эксплуатации конструкций до плановых ремонтно-восстановительных работ с выполнением усиления или необходимость немедленного прекращения эксплуатации в аварийной ситуации.

ГЛАВА 1.ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

Обеспечение безопасной эксплуатации зданий и сооружений является актуальной задачей, которая решается комплексом мер на стадиях от проектирования до ликвидации объекта. Безаварийная эксплуатация объектов осуществляется на основе действующих нормативно-правовых документов, которые устанавливают требования непосредственно к конструкциям зданий и сооружений, к надзору за их техническим состоянием, к технологическим процессам, размещаемым в зданиях и сооружениях, к работающему и обслуживающему персоналу промышленных предприятий и эксплуатирующим службам объектов гражданского назначения.

Большинство действующих производственных предприятий на территории России было построено во второй половине прошлого века и функционирует более 50 - 70 лет, что приближается или превосходит нормативные сроки эксплуатации зданий и сооружений. Проектирование и возведение большинства этих предприятий выполнялось на основе устаревших к настоящему времени технических и нормативных документов, с использованием имеющихся на тот момент материалов, технических средств и технологических решений. За эти годы производственное оборудование предприятий прошло несколько этапов модернизации, что привело к интенсификации технологических процессов, увеличению грузоподъемности подъемно-транспортного оборудования, энергоемкости машин и механизмов при практически неизменности основных фондов. Несущие конструкции многих сооружений имеют значительную степень не только морального, но и физического износа, вследствие механических повреждений, интенсивного коррозионного воздействия, изменения инженерно-геологических условий. Старение производственных зданий и инженерных сооружений является одним из негативных факторов, непосредственно влияющих на безопасность эксплуатации предприятий.

На основании официальных данных [1, 2] по анализу причин аварийного разрушения строящихся и эксплуатируемых объектов в период с 1981 по 2003 год (для

более поздних периодов публикация и систематизация информации не выполнялась) установлено:

1. профилактические меры по предотвращению аварий, обеспечению безопасности возводимых и эксплуатируемых объектов, принимаемые органами исполнительной власти и органами надзора, а также строительными и эксплуатационными организациями, предприятиями и объединениями, оказываются недостаточными. Число аварий не снижается, тяжесть их увеличивается, возрастает число жертв аварий;

2. основная доля аварий приходится на эксплуатируемые здания и сооружения и составляет 85% от общего количества зарегистрированных аварий. Материалы расследования показывают, что основными причинами аварий на эксплуатируемых объектах являются грубейшие нарушения правил технической эксплуатации зданий и сооружений;

3. отсутствует должный контроль за техническим состоянием зданий и сооружений.

На рисунке (Рисунок 1.1) представлены данные по количеству зарегистрированных аварий на территории РФ [101] в период с 1981 по 2003 год.

Следствием подобных аварий являются не только экономические потери, но во

многих случаях - это печальные экологические и социальные последствия.

Рисунок 1.1 - Количество зарегистрированных аварий, произошедших на территории РФ

в период с 1981 по 2003 г.

Анализ причин аварийного разрушения строительных конструкций зданий и сооружений, проведенный на основании официальных данных [101] (Рисунок 1.2), позволяет выделить следующие основные причины:

- нарушение правил эксплуатации;

- дефекты на стадии строительства и отступления от проектов;

- нарушения технологии производства работ при строительстве, реконструкции и ремонтах;

Рисунок 1.2 - Анализ причин аварийного обрушения конструкций В сложившейся ситуации актуальной становится проблема безопасной эксплуатации зданий и сооружений, конструкции которых имеют повреждения различного происхождения, при необходимости выполнения достаточно жестких требований в области обеспечения промышленной безопасности [5]. Строительство новых и реконструкция имеющихся производственных комплексов - основной путь решения этой проблемы, но наряду с этим необходимо искать резервы существующих основных фондов для продления срока эксплуатации зданий и сооружений, исчерпавших свой нормативный ресурс. Анализ технического состояния металлических конструкций зданий и сооружений, получивших повреждения, оценка влияния механических и коррозионных повреждений, зафиксированных при обследовании, на возможность их дальнейшей эксплуатации, совершенствование

методов интерпретации результатов технического диагностирования элементов производственных зданий на основе компьютерного моделирования является задачей, поставленной в настоящем исследовании.

1.1 Методы оценки конструкционной безопасности производственных объектов

Проблемы безопасности в настоящее время весьма актуальны в различных областях человеческой жизни, в том числе и в сфере безопасной эксплуатации производственных объектов. За последние сто лет в нашей стране были построены многочисленные технически сложные инженерно-технологические комплексы машиностроения, тепловой и атомной энергетики, нефтегазовой и химической промышленности. Повышение сложности таких комплексов приводит к повышению их чувствительности к внешним воздействиям и к снижению несущей способности, связанному с различными повреждениями, накапливаемыми за время эксплуатации.

Любые отдельные частные разрушения на микро- или макроуровне накапливаясь могут привести в дальнейшем к невозможности эксплуатации. При этом мгновенность обрушения не обязательна, последовательность единичных отказов в течении продолжительного отрезка времени может в конце концов привести к обрушению. Выход из строя одного элемента оказывает влияние на другие элементы системы, порождая внутренние для самой конструкции негативные воздействия. Внешние и внутренние воздействия приводят к последовательности отказов элементов системы вплоть до достижения аварийного состояния.

В работах [4], [43, 44] Ю.И. Кудишин и Д.Ю. Дробот предлагают ввести помимо используемых в большинстве стран мира двух групп предельных состояний (первая группа - невозможность дальнейшей эксплуатации вследствие, например, потери несущей способности; вторая группа - затруднение нормальной эксплуатации вследствие, например, больших деформаций) третью группу предельных состояний - состояний с недопустимым уровнем повреждений, рассматриваемых в контексте обобщенной проблемы живучести, связанной с сейсмостойкостью, огнестойкостью, выносливостью и т.п. Авторы определяют термин «живучесть», как

способность поврежденной системы адаптироваться к новым изменившимся ситуациям, противостоять вредным воздействиям, выполняя при этом полностью или частично свою целевую функцию, за счет соответствующего изменения структуры и поведения системы. Живучесть можно понимать, как стойкость системы (конструкции, сооружения) в запроектной ситуации, интегральное качество системы, которое количественно можно оценить показателями устойчивости, прочности, надежности, адаптивности, отказоустойчивости и т.д.

Аналогично трактуют понятие живучести и авторы работы [91]: живучесть -способность системы сохранять свойства, необходимые для выполнения требуемых функций при наличии неблагоприятных воздействий, не предусмотренных условиями нормальной эксплуатации, вызывающими повреждения элементов системы. Свойство живучести может проявляться и количественно оцениваться теми же показателями, которые характеризуют устойчивость, прочность, надежность, адаптивность, отказоустойчивость, помехоустойчивость и т.д. На множестве критических, с точки зрения надежности, состояний системы могут быть выделены состояния, допускающие решение системой поставленной задачи с заданной эффективностью, что применительно к металлическим конструкциям, оправдывает допущение при повреждении пластических деформаций, близких к предельным. В работах С.Ф. Пичугина [58, 60] исследуется структурная живучесть расчетных схем сооружений, в качестве критерия живучести рассматривается условие геометрической неизменяемости системы при выходе из строя отдельных элементов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гонтаренко Иван Владимирович, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Акишин П.Г., Сапожников А.А. Автоматическая генерация трехмерных стоек. Объединенный институт ядерных исследований. Дубна, 2015.

2. Акишин, П.Г. Сапожников А.А. Автоматическая генерация трёхмерных сеток. Сообщ. Объединённого института ядерных исследований, Дубна, 2015.

3. Астафьев В.И. Накопление поврежденности в металлах в условиях коррозионного растрескивания под напряжением /В.И. Астафьев, Л.К. Ширяева. - Изв. АН РАН. МТТ, 1997. - С. 60-68.

4. Балдин В.А., Борисов Е.В., Потапов В.Н. О методе расчета стальных конструкций с учетом сопротивления хрупкому разрушению //Совершенствование и развитие норм проектирования стальных конструкций/Труды ЦНИИСК им. Кучеренко. Под редакцией В.А. Балдина. - М.: изд. ЦНИИСК, 1981.-С.52-56.

5. Безопасность эксплуатируемых зданий и сооружений: Монография / Под ред. В.И. Теличенко, К.И. Еремина. - М., 2011. - 428 с.

6. Бирюлев В.В., Кошин И.И., Крылов И.И,, Сильвестров A.B. Проектирование металлических конструкций. Спец. курс- Л.: Стройиздат, 1990.- 430с.

7. Болотин В.В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. - 2-е изд., перераб. и доп.-М.: Стройиздат, 1981. - 351 с.

8. Болотин В.В. Применение методов теории вероятности и теории надежности в расчетах сооружений. - М.: Стройиздат, 1971. - 255 с., Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. - М.: Машиностроение, 1990. -448 с.

9. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций / В.В. Болотин. - М.: Машиностроение, 1990. - 448 с.

10. Бузало Н. А., Гонтаренко И. В. Экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния внецентренно сжатых стоек c повреждениями //Интернет-журнал Науковедение. - 2014. - №. 1 (20).

11. Бузало Н.А., Канунников А.В. Определение коэффициента значимости строительных конструкций при оценке технического состояния зданий//Строи-тельство и реконструкция. Орловский государственный университет им. И.С. Тургенева (Орел) - 2018 - №3(77) - с.3-11. 21.

12. Ведяков И.И. «Выявление резервов несущей способности стальных строительных конструкций на основе совершенствования методов их расчета и рационального применения современных материалов». Дисс. на соискание уч. степени д.т.н., М., 2000 г.-370 с.

13. Ведяков И.И., Одесский П.Д. Переход из вязкого состояния в хрупкое и выбор минимальных температур эксплуатации стальных строительных конструкций/Монтажные и специальные работы в строительстве. - 1998. - .№№ 11, 12. - С. 21-27.

14. Вольберг Ю.Л., Коряков А.С. Влияние агрессивных сред на несущую способность строительных металлических конструкций. - В кн.: Долговечность строительных конструкций на Севере.-Якутск, 1981.

15. Вольберг Ю.П. Коррозионная стойкость строительных металлоконструкций: Уч. пособие.-М., 1987.-42 с.

16. Выявление резервов несущей способности стальных строительных конструкций на основе совершенствования методов их расчета и рационального применения современных материалов». Дисс. на соискание уч. степени д.т.н., М., 2000 г.-370 с.

17. Голубев А.И., Кадыров М.Х. Прогнозирование коррозии металлов в атмосферных условиях. -М.: ГосИНТИ, 1967. - 16 с.

18. Гордиенко В.Е. Ресурс и надежность строительных металлических конструкций в условиях воздействия коррозионных сред. - СПб.: СПбГАСУ, 2006.

19. Городецкий А. С. Компьютерные модели конструкций / А. С. Городецкий, И. Д. Евзеров. - К.: Факт, 2007. - 394 с.

20. Горохов Е.В., Брудка Я., Лубиньски М. и др. Долговечность стальных конструкций в условиях реконструкции. - М.: Стройиздат, 1994. - С.224-237.

21. Горохов Е.В., Королев В.П. Методика оценки эффективности противокоррозионных мероприятий при проектировании и эксплуатации металлоконструкций// Реконструкция промышленных зданий и сооружений. - М.: Стройиздат, 1988. - С.98-102.

22. Горохов Е.В., Королев В.П., Стародубцева Л.В. Построение прогнозной модели коррозионного процесса стальных конструкций// Защита металлических и железобетонных конструкций от коррозии// VII Всесоюз. науч.-техн. конференция, 20-22 сентября 1983. -Ростов-на-Дону. -Ч.1.-М., 1983.-С.4-5.

23. Горшков А. С. Модель физического износа строительных конструкций //Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2014. - №. 12. -С. 34-37.

24. ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения

25. ГОСТ Р 53778-2010. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния. Общие положения. - М.: Стандартинформ, 2010.

26. Гутман Э.М. Кинетика механо-химического разрушения и долговечность растянутых конструктивных элементов при упруго-пластических деформациях / Э.М. Гутман // Физико-химическая механика материалов, 1984. - №2. - С. 14 - 17.

27. Добромыслов А.Н. Исследование надежности конструктивных систем / А.Н. Добромыслов // Промышленное строительство. №12. - 1989-С.20-22.

28. Екобори Т. Научные основы прочности и разрушения материалов. - Киев: Наукова думка, 1971.-351с.

29. Еремеев П.Г Предотвращение лавинообразного(прогрессирующего) обрушения несущих конструкций уникальных большепролётных сооружений при аварийных воздействиях. «Строительная механика и расчёт сооружений» №2 2, 2006 г.

30. Злочевский А.Б. Экспериментальные методы в строительной механике. -М.: Стройиздат, 1983. - 192 с.

31. Злочевский А.Б., Одесский П.Д., Шувалов А.Н. Остаточный ресурс сварных стальных конструкций и влияние на него материала //Заводская лаборатория. - 1997. - № 3. - С. 42-46.

32. Исследование работы рамных конструкций / А. В. Геммерлинг, В. И. Трофимов, И. Е. Милейковский [и др.] // Научное сообщение. - М.: ЦНИПС, 1955. -Вып. 21. - 140 с.

33. Карамолдаев А. Влияние конструктивной формы сечения элементов строительных конструкций на стойкость противокоррозионных покрытий// Изв. вузов. Стр-во и архитектура, 1977, №10.-С.19-23.

34. Карпенко Г.В. Влияние среды на прочность и долговечность металлов / Г.В. Карпенко. - Киев: Наукова думка, 1976. - 125 с.

35. Карпенко Г.В. Прочность стали в коррозионной среде / Г.В. Карпенко. -М.: Машгиз, 1963. - 187 с.

36. Кикин А.И. Особенности проектирования и расчета стальных конструкций, подвергающихся воздействиям агрессивной среды// Металлические конструкции/ МИСИ им. В.В. Куйбышева, №43.-М., 1962.-С.43-46.

37. Кикин А.И., Васильев А.А., Кошутин Б.Н. и др. Повышение долговечности металлических конструкций промышленных зданий/ Под ред. А.И. Кикина. -2-е изд., перераб. и доп. -М.: Стройиздат, 1984. - С.204-217.

38. Копельман Л.А. Сопротивление сварных узлов хрупкому разрушению. -Л.: Машиностроение, 1978. - 232с.

39. Королев В.П. Прогнозирование и повышение долговечности стальных конструкций в коррозионных средах промышленных предприятий. Дис ... канд. техн. наук.-М., 1985.

40. Кошин И.И. Экспериментальное изучение влияния конструктивной формы элементов стальных конструкций на стойкость против атмосферной коррозии// Металлические конструкции/ МИСИ им. Куйбышева, №10.-М., 1956.-С.48-52.

41. Кудайбергенов Н.Б. Основы обеспечения долговечности стальных строительных конструкций промзданий в агрессивных средах: автореф. д-ра. техн. наук / Н.Б. Кудайбергенов. - М., 1994. - 31с

42. Кудайбергенов П.Б., Чеботарев С.П. Прогнозирование коррозионного износа стальных конструкций промышленных зданий/ ВНИИИС Госстроя СССР. Экспресс-информация. Серия: Инженерно-теоретические основы строительства, вып.Ю.-М., 1984. -С.5-9.

43. Кудишин Ю. И., Дробот Д. Ю. К вопросу о живучести строительных конструкций //Строительная механика и расчет сооружений. - 2008. - Т. 2. - №. 217. - С. 36.

44. Кудишин Ю.И., Дробот Д.Ю. «Живучесть конструкций в аварийных ситуациях» Металлические здания, № 4, 2008

45. Майстренко И.Ю. Оценка остаточного ресурса эксплуатируемых стальных конструкций. Дис... канд. техн. наук. - Казань, 2006, 232 с.

46. Манапов А.З., Маннанов И.И. Долговечность элементов стальных конструкций, подверженных коррозии// Оптимизация, расчет и испытание металлических конструкций: Межвуз. сб. -Казань, КХТИ, 1984. - С.64-67.

47. Махутов H.A. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. - М.: Машиностроение, 1981. - 272с.

48. Мельников Н.П. Металлические конструкции. Современное состояние и перспективы развития. - М.: Стройиздат, 1983. - 372с.

49. Мельчаков А.П. Конструктивная безопасность законченных строительством зданий и сооружений: дис. ... д-ра техн. наук / А.П. Мельчаков. - Челябинск, 1998.

50. Мельчаков, А. П. Управление безопасностью в строительстве. Прогнозирование и страхование рисков аварий зданий и сооружений / А. П. Мельчаков, К. Э. Габрин, Е. А. Мельчаков. - Челябинск, 1996. - 187 с.

51. Михайловский Ю.Н., Стрекалов П.В., Агафонов В.В. Модель атмосферной коррозии металлов, учитывающая метеорологические и аэрохимические характеристики/Защита металлов, №4. -Т. XVI.-1980.-C.396-413.

52. Мудрук А.С., Гончаренко П.В. Коррозия и вопросы конструирования.-Киев: Техшка, 1984.-135 с.

53. Нейбер Г. Концентрация напряжений. - И.-Л.: ОГИЗ, 1947. -114с.

54. Нотт Дж. Ф. Основы механики разрушения/Пер. с анг. - М.: Металлургия, 1978. - 256с.

55. Овчинников И.Г. Прогнозирование работоспособности элементов конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных рабочих сред / И.Г. Овчинников, В.В. Петров // Расчет элементов конструкций, взаимодействующих с агрессивными средами: межвуз. научн. сб. - Саратов: СПИ, 1984. - С. 3-15.

56. Одесский П.Д., Ведяков И.И., Горпинченко В.М. Предотвращение хрупких разрушений металлических строительных конструкций. - М.: СП «ИНТЕРМЕТ ИНЖИНИРИНГ», 1998. - 220 с.

57. Одесский П.Д., Ведяков И.И., Кулик Д.В. Проблема предотвращения хладноломкости сталей для металлических конструкций при различных по характеру нагрузках и воздействиях//Сб. фундаментальные проблемы физического металловедения перспективных материалов. Тезисы докладов. - Ижевск. - Екатеринбург, 1998. - С. 24-25.

58. Перельмутер А.В., Кабанцев О.В., Пичугин С.Ф. Основы метода предельных расчетных состояний, - М: АСВ, 2019.

59. Перельмутер, А. В. Избранные проблемы надежности и безопасности строительных конструкций / А. В. Перельмутер. - Изд. 3-е, перераб. и доп. - Москва : Изд-во Ассоц. строит. вузов, 2007. - 255 с.

60. Пичугин С. Ф. Надежность стальных конструкций производственных зданий - М: АСВ, 2011, 456 с.

61. Пособие по проектированию усиления стальных конструкций (к СНиП II-23-81*). Укрниипроектстальконструкция Госстроя СССР.- .М: Стройиздат, 1987.

62. Потак Я.М. Хрупкое разрушение стали и стальных деталей / Я.М. Потак. -М.: Оборонгиз, 1955. - 389 с.

63. Прочность сварных соединений при переменных нагрузках/Под ред. В.Я. Труфякова. - Киев.: Наукова думка, 1990. - 256 с.

64. Работнов Ю.Н. Сопротивление материалов -М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1962.-456 с.

65. Работнов Ю. Н. Механика деформируемого твёрдого тела. - М.: Наука, 1988. - 712 с.

66. Райзер В.Д. Теория надежности сооружений. - М.: АСВ, 2010. - 384 с.

67. РД 22-01-97. Требования к проведению оценки безопасности эксплуатации производственных зданий и сооружений поднадзорных промышленных производств и объектов (обследование строительных конструкций специализированными организациями). - М.: ЦНИИ «Проектстальконструкция», 1997.

68. Рекомендации по выявлению резервов, несущей способности стальных конструкций одноэтажных производственных зданий. - М.: ЦНИИПСК, 1985.

69. Рекомендации по обследованию стальных конструкций производственных зданий/ ЦНИИПроектстальконструция. - М.: Госстрой СССР, 1988.

70. Рекомендации по оценке надежности строительных конструкций зданий и сооружений по внешним признакам/ЦНИИПромзданий. - М.: Госстрой, 2001.

71. Ржаницын А.Р. Расчет сооружений с учетом пластических свойств материалов М.: Госстройиздат, 1954. -288 с.

72. Ржаницын А.Р. Теория длительной прочности при произвольном одноосном и двухосном загружении / А.Р. Ржаницын // Строительная механика и расчёт сооружений, 1975.- № 4. - С. 25-29

73. Ржаницын А.Р. Теория расчета строительных конструкций на надежность. -М.: Стройиздат, 1978.-239 с.

74. Ржаницын, А.Р. Применение статистических методов в расчетах сооружений на прочность и безопасность /А.Р. Ржаницын // Строительная промышленность. -1952. №6. - С.36-39

75. Розенфельд И.Л. Коррозия и защита металлов.-М.: Металлургия, 1969.-448 с.

76. Розенштейн И.М., Вомпе Г.А. Хрупкие разрушения резервуаров и повышение их надежности/В сб.: Прочность металлов, работающих в условиях низких температур. - М.: Металлургия, 1987. - С. 94-99.

77. Ройтман, А.Г. Надежность конструкций эксплуатируемых зданий / А.Г. Ройтман. -М.: Стройиздат, 1985. 175 с

78. Руководство по расчету стальных конструкций на хрупкую проч-ность/ЦНИИПроектстальконструкция.- М.: изд. ЦНИИПСК, 1983.-13с.

79. Рычков С.П. Моделирование конструкций в среде MSC.visualNASTRAN для Windows.

80. Савин Г.Н. Распределение напряжений около отверстий. - Киев.: Наукова думка, 1968. - 887с.

81. Самигуллин Г.Х. Безопасность эксплуатации зданий и сооружений предприятий нефтехимии и нефтепереработки в коррозионно-активных условиях / Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). -2015, № 2. - C.113 - 118.

82. Самигуллин Г.Х. Оценка надежности производственных зданий на основе критериев живучести / «Мониторинг: наука и технологии». - 2016, №1(26). - С.92 - 95.

83. СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений. Свод правил по проектированию и строительству. - М.: Госстрой России. ГУЛ ЦПП, 2003.

84. СТО 22-01-02 Руководство по эксплуатации несущих стальных конструкций покрытий зданий, выполненных из кипящих сталей. М., 2002 г.

85. Стрелецкий Н. С. Анализ процесса разрушения упругопластических систем / Н. С. Стрелецкий // Труду МИСИ. - 1947. - № 5. - С. 26-30.

86. Стрелецкий Н.С. К вопросу развития методики расчета по предельным состояниям. /В кн.: Развитие методики расчета по предельным состояниям. - М.: Стройиздат, 1971.-С. 5-37.

87. Тихомирова М.Ф., Фанталов А.М., Вольберг Ю.П. Повышение долговечности зданий цехов по производству тяжелых цветных металлов. - М.: Стройиздат, 1980.-116 с.

88. Тишаев СИ., Одесский П.Д., Паршин В.А. Структурно- технологические способы повышения хладостойкости сталей для металлических строительных кон-струкций//Сталь. - 1993. - № ю. - С. 64-71.

89. Трофимов В.И., Каминский A.M. Легкие металлические конструкции зданий и сооружений: разработка конструкций, исследования, расчет, изготовление, монтаж. - М.:Наука, 1997. - 592с.

90. Тылкин М.А., Большаков В.И., Одесский П.Д. Структура и свойства строительной стали. - М.: Металлургия, 1983. - 287с.

91. Уткин, B.C. Живучесть основной показатель качества зданий и сооружений / B.C. Уткин, О.С. Плотникова // Строительные материалы, оборудование и технологии XXI века. - 2006. - №6. - С.22-25.

92. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов: Учебник для вузов - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999.-592 с.

93. Червоный А.А., Лукьященко В.И., Котин Л.В. Надежность сложных систем. Изд. 2-е, перераб. и доп.-М.: "Машиностроение", 1976. -288 с.

94. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения / Г.П. Черепанов - М.: Наука, 1976. - 640 с.

95. Численные методы в механике / Баженов В.А., Оробей В.Ф. Сурьянинов Н.Г. и др. - Одесса, «СТАНДАРТЕ», 2005. - 563 с.

96. Шафрай С.Д., Сергеев A.B. Совершенствование метода расчета стальных конструкций при хрупком разрушении//Изв. вузов. Строительство и архитектура. -1990.-№2.-С.1-7.

97. Экспериментальная оценка применяемости методических указаний для определения характеристик трещиностойкости низколегированных сталей /В сб. Унификация методов испытаний металлов на трещиностойкость. Вып. 2. - М.: Стандарты, 1982. - С 10-31.

98. P. G. Akishin, A. A. Sapozhnikov «Automatic generation of three-dimensional grids» - 2015 - Publishing Department of the Joint Institute for Nuclear Research, Dubna PI 1-2015-58.

99. Rychkov S.P. "Design and Modeling - MSC.visual NASTRAN for Windows», NT Press, Moscow, 2004

100. Rzhanitsyn A. R. Calculation of structures taking into account the plastic properties of the material / A. R. Rzhanitsyn - M.: Gosstroyizdat, 1954. - 288 p.

101. http://archiv-nostroy.ru/sitePage.do?name=accidents

102. https://regnum.ru/news/economy/2473576.html

103. https: //regnum.ru/news/economy/2473576.html

Приложение №1

ОАО « ЭРП Ростовское» Лаборатории разрушающих методов контроля

346448, Ростовская обл., г. Новочеркасск, ул. Юности, ] г Свидетельство об аттестации № 311

Протокол №15 от 05.08.2010г. Результаты мехиспытаний согласно ГОСТ 1497-84 представлены в таблице

Номер образца Результаты испытаний

а х Ь, мм мм к мм »к, мм Р., кгс Рт, кгс кгс/мм2 СТт, кгс/мм2 б, %

1 5,5x11,55 63,53 40 54,1 2980 1740 46,9 27,4 35,2

2 5,95x11,7 69,62 40 . 53,8 3120 1890 44,8 27,1 34,5

3 5,5x11,4 62,7 40 53,0 2820 1750 44,9 27,9 32,5

4 5,1x11,3 57,63 40 52,0 2560 1640 44,4 28,5 30,0

5 5,2x11,4 59,28 40 51,3 2710 1710 " 45,7 28,9 28,2

Испытания производил

Главный сварщик

(Холостов А. Л)

(Степанов Е. В.)

346428, Россия, Ростовская область, г. Новочеркасск ул. Энгельса 18/19, телефон: [phone],

ПРОМЫШПЕННАЯ ГРУППА Е-таИ:отсевря-епегяу.ги

Сайт: www.pg-energy.ru

УТВЕРЖДАЮ:

Генеральный директор ООО «{^«Энергия»

Т.Н. Хизриева Оу декабря 2020г.

АКТ О ВНЕДРЕНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Настоящий акт подтверждает, что рекомендации и методики расчета, рассмотренные в научно-исследовательской работе Гонтаренко И.В. по теме «Оценка силового сопротивления стальных колонн производственных зданий, получивших повреждения при эксплуатации» были применены при расчете остаточной несущей способности стальных колонн на следующих объектах энергетики:

1. «ПС ЗЗОкВ Юго-Западная (замена АТ-1, замена панели РЗ ОВ-1 ЮкВ)»

2. «Расширение ЗРУ-6 кВ ПС 220/110/35/10/6 кВ Кирилловская для осуществления ТП ОАО "НЭСК-электросети»

ООО «ПГ Энергия »

ИНН 6150067823, КПП61500«01, рГРН 1116183002979, р./с 407028ЮЯ1010002679 Ростовский Филиал Ns2 ПАО «БИНБАНК» г РОСТОВ-НА-ДОНУ ОКПО 05707112 БИК 046015059 30101810660150000055 Адрес банка 344019, г. Рыстов-на-Дону, пр Шолохова, д. 32/65, ИННЖШ 5408117935/ 616643001