автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Надiйнiсть сталевих конструкцiй виробничих будiвель

ККІВСЮЕ ЕРІАВНЕЙ ТЗХНІЧШІЙ УНІВЕРСИТЕТ БТПВШШТЬА. І АРХІТЕКТУРИ

За правах рукопису

ТИЧЗТІЕ Сергій Федорович

НАДІЙНІСТЬ СТ&ЛЕВЕХ КОНСТРУКЦІЙ ВИРОБНИЧИХ БУДІВЕЛЬ

Спеціальність 05.23.СІ - будівельні конструкції,

будівлі та споруда

Автореферат дисертації на здобуття наукової: доктора тезші^иХ'наук

Клїв - 19=4

Дисертавіав е рукопис.

Рооота виконана у Полтавському інженерно-будівельному інституті.

Офіційні опонента: доктор технічних наук, професор.

В.М.Гордєєз

Провідна організація: Київський зональний науково-

дослідний інститут експериментального проектування /СнїзгЗДІЕП/

дані ........... __ . ____ .. . „ г.

Київського даргазнсго технічного університету будівництва і архітектури за адресою: 252037, Кйїв-37, Пазінрофлогський проспект, ЗІ. -

З дисертацією иояна ознайомитись у бібліотеці Кйівського державного технічного університету будівництва і архітектури.

Автореферат розісланий

" (?{((//£ 1594 р,

доктор технічних наук А.В .Пере лшу тер

доктор технічних наук С.Б .Тсаковський

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради і

к.г.н., с.н.с. З-Г-Кобіев

ЗАГАЛЬНА ХАРАККРИСША РОБОТИ

Актуальність шоблемд. підвищення ефективності будівництва насамперед базується на зниженні матеріалоємності конструкцій. Одне з очевидних рівень цього питання, 50 не потребує додаткових матеріальних і фінансових вкладень - це вдосконалення способів розрахунку і проектування конструкцій. На сучасному рівні найменше вивченим і тому достатньо перспективний напрямком в цій галузі є імовірноснвй розрахунок та оцінка надійності конструкцій. Питання надійності є важливими такоЕ в умовах реконструкції будівель і споруд.

Мін тем проблема надійності будівельних конструкцій у практичному плані не вирішена, що пов'язано із складністю характеру випадкових навантажень та специфікою роботи деяких елементів і особливо складних конструктивних систем.. Міх іншим, в деяких галузях техніки вже є значний досвід у вирішенні задач надійності та використання їх на практиці. Таким чином, роззиток імоЕірносного розрахунку металевих конструкцій з одержанням на його базі оцінок надійності конструкцій і уточнєееям ряду розрахункових коефіцієнтів методу граничних станів є проблемою актуальною, яка має велике теоретичне і практичне значення. .' : ' •

Мета роботи - розробка методу розрахунку, надійності металевих конструкцій виробничих будівель за-критерієм несучої здатності з коректуванням на Його основі ряду, розрахункових коефіцієнтів норм проектування і реконструкції, яхі забезпечують підвищення економічності конструкцій.

Поставлена мета реалізується на основі рішення слідуючих задач: ; ■ \ ■ ... . ..

- експериментальне дослідкення, збір, узагальнення і ста-

тистична обробка даних по кранових і атмосферних навантаженнях; ' ' . . ' ' . ' ;. '

- розробка іиовірносних моделей атмосферних і кранових

навантажень, ідо враховують їх специфічні особливості та мають достатньо узагальнений характер;. ■

- розробка різних імовірносних представлень навантажень

і методики їх порівняння;

- розвиток розрахунку конструкції на сумісну дію ігпадко-

еех навантажень;

- розвиток імовірносного розрахунку сталевих колон постійного перерізу і ступінчастих; '

. - розробка оцінок надійності сталевих статично невизначе-

ких рала з урахуванням характеру їх руйнування і моделей від-казу елементів. .

Автот> захищає: . .

- методику порівнювального аналізу форм представлення випадкових завантажень у вигляді випадкових процесів та їх абсолютних максимумів, екстремумів, послідовності дискретних перевантажень і таке інше;'

- узагальнені імовірносні моделі атмосферних навантажень, на базі значного статистичного матеріалу для території України, та навантажень мссгобйх кранів;

- аналітичну методику і результати чисельного, побудування ‘ розподілу зусиль в елементах при сумісній дії навантажені,

що мають розподіли, які суттєво відрізняються від нормального; ' ■; : .

- методику обчислювання частотних характеристик комбіна- .

цій атмосферних і кранових навантажень різного частотного складу, що представлені-в різних Формах; ‘

- імовірносну методеку розрахунку сталевих стиснуто-

згинаних елементів постійного перерізу; ' * ;

- метод оцінки і результати перевірки надійності сталевих ступінчастих колон, що визначені за будівельними нормами;

- результати застосування логЬсо-імовірносЕОГо способу до оцінки надійності статично невизвачених систем;

- практичну методику розрахунку надійності сталевих статично невизначених рам при розвитку пластичних деформацій;

- рекомендації з уточнення розрахункових коефіцієнтів метода граничних станів. ' . . . .

Наукова новизна-роботи полягає в тому, що: .

- вперше проведено системне порівняння різних форм пре І,-

ставлення випадкових навантажень на основі розрооленого графічно-аналітичного методу - загальної форми представлення навантажень; ■

- розвинуті представлення навантажень у вигляді абсолютних максимумів випадкових процесів, екстремумів по-різному

з

розподілених виборок, гисхретних, незалегних або коррельова-них перевантазень; ' . '.

- запропоновані узагальнені інформаційно забезпечені імо-вірносні моделі атмосферних та кранових нагрузок на. базі різних фори їх представлення, вперше обгрунтовані розрахуй-' кові параметри таких моделей, чим сформовано статистичну ба-37 для-розрахунків надійності різноманітних конструкцій;

- розвинуто розрахунок комбінація атмосферних та кранових навантааень, які мають складні розподіли імовірностей і суттєво відмінний частотний склад, розроблені рекомендації з уточнення коефіцієнтів надійності та коефіцієнтів комбінацій таких навантажень;

- розроблено метод імовірносного розрахунку сталевих стис-

яуто-згшаних елементів; ,

- розв'язана задача оцінки надійності сталевих ступінчас-

тих колон, обгрунтована можливість впровадження до їх розрахунку знижуючих розрахункових коефіцієнтів; .

- здійснена оцінка надійності найбільшехарактерних вузлів

металоконструкції!; . ‘ . '

- розроблено метод імовірносного розрахунку статично ке-

визначених конструкцій з логіко-імозірносній формі та на основі імовірносного методу граничної рівноваги для пластичної моделі відказу елементів; вперше запропоновані розрахункові коефіцієнти, які враховують специфіку-роботи статично невиз-наченях рам. • "

Достовірність наукових половень роботи обумовлюється її ііобудуванням на основі численних.статистичних експериментальних даних, по назантаязннах, використанням загально прийнятих розрахункових передумов і допущень для вибору моделей розглянутих задач, застосуванням імовірносного иаукозого методу, який дав можливість кількісно оцінити достовірність одержаних результатів і забезпечити їх відповідність досвіду експлуата- ' ції сталевих констаукаій виробничих будівель.

Практична значення роботи полягає в тому, що запропонований затором метод розраху нку дає змогу здійснювати оцінку надійності запроектованих і діючих сталевих каркасів виробни- . чих Зудізель та їх окремих елементів, а також визначати елемента по заданій надійності та проводити оптимізацію конструктивних систем за критерієм надійності. Метод може бути безпо-

середньо використаним як для.нових будівель та споруд, так і для'тих, що підлягають реконструкції; він підготовлений для включення до ішвїрносних норм проектування, які останніми роками розроблюють проектні та наукові організації. При користуванні методикою розрахунку конструкцій 'за граничними станами метод дав змогу обгрунтувати ряд нових розрахункових коефіцієнтів надійності по навантаженню, комбінацій навантажень,' умов роботи. Запропоновані узагальнені імовірносні моделі навантажень складають статистичний базіс, на якому стає можливим вирішення' широкого кола, імовірносних задач, які виходять за межі даної роботи. Одержані в роботі характеристики навантажень з різними періодами повторювання можуть бути використані в задачах забезпечення надійності сталевих конструкцій на стадіях монтажу, реконструкції, тимчасових посилень та ін.

Втілення результатів проведених досліджень дає змогу знизити, матеріалоємність металевих конструкцій виробничих.будівель і підвищити' їх економічність. - . , .

Реалізація -роботи. Результати: досліджень реалізовані в Національних будівельних нормах України ДБН 362-92 "Оііяка технічного стану сталевих конструкцій промислових будівель та споруд, які експлуатуються" і. запропоновані для внесення в нормативні документи; що.розробляються під керівництвом Укр- . ЩфКЗС. Результати внесені до "Керівництва по експлуатації, нагляду, ремонтам та реконструкції кранових естакад", розробленого ДПІ Сіб.ПСЇС і Полтавським ІБІ за участю автора у вигляді галузевого документа. Матеріали роботи були, використані при розробці про актів ряду об'єктів Магнітогорським Діпроме-зом,при реконструиіії і-посиленні металоконструкцій цехів ШК, заводів АО КАМАЗ, Дніцроспецсталь та ін., в учбовому процесі Полтавського інженерно-будівельного інституту. .

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідались і обговорювались .на Всесоюзних конференціях “Проблеми олтнмізадії і надійності в будівельній механіці" /Вільнюс, 1979, 1983, 1988/; "Експериментальні дослідження інженерних споруд"/Новосибірськ, 1973; Казань 1977; Таллінн, 1981; Суми, 1991/, "Підвищення ефективності експлуатації та реконструкції промбудівель металургійної, машинобудівної та гірничорудної промисловості" /Макіїзка, 1981/; "Підвищення ефективності сільського будівництва і якості робіт на базі інтенсифі-.

кадії виробництва" /Полтава, 1981/; на Українських республіканських конференціях з металевих конструкцій /Маріуполь, І97Є; Симферополь, 1588; 'Київ, 1992/, "Удосконалення залізобетонних конструкцій, приватних до роботи у складних умовах деформацій та їх запровадження до будівельної практики" /Полтава, 1989/; на тематичних ксиДгргтяіях і семінарах: "Проблзнз надійності у будівельному проектуванні" /Свердловськ, 1972/; "Питання надійності залізобетонних конструкцій” Ауйбииев, 1976, 1977, 1979, 1982, 1908/, "Надійність реконструкція - 88" /Волгоград. 1968/; ."Надійність будівель та споруд" /Черкаси, 1993/; на конференції Конакрійського університету "Пйтаяня будівництва в тропічних регіонах” /ЇСонакрі, Гвинея, 1985/; на регіональних конференціях і семінарах./Магнітогорськ, 1973; Челябинск;, 1975, 1923; Свердловськ, 1977; Рівне,. 1988, 1990;

Пенза, 1989, 1990; Льзіп, 1989; Київ, 1991/, на йорїчк*.х науково-технічних конференціях Полтавського ІБІ.

Дисертація, в цілому доповідалась на засіданні Асоціації кафедр иеталезих'конструкцій вузів :СНД /Елїз, 1993/ і ва семінарі нафедрі» мі-та®вта "і дерев'яних конструїцій Дніпропетровського іикенерно-будівельпого інституту .

'Матеріалі дисертації опублікозиіі в 37 наукових роботах, основні З'.’яейх наведені у списку літератури. •

Робота ‘виконувалась в Полтавському івЕенерно-будівель-нему інституті по особистій ініціативі автора, а Fsr.cs у 'вежах цінової комплексно! прегради Дерабуду С?СР СЛЬОЗІ, розділ 0.701.06 коордипадіййого плану '"Надійність’ будівельних гбнструаіЗ’1, 'затзёрдаенойу ДергбудоьгСРСР. Диоертація вхо-дать-'до йонялехсу робіт, по проводяться по Міжурядовій згоді з розробки улкдерйа'ві-шх нормативних документів та стандартів /наказ- міністра у справах будівництва і архітектури України й 85 від 11.06 .93/. ’

Окремі дослідження, результати яких наведені в роботі, викопані під керівництвом автора за участю к .т.н. В.А.Пзсияоі---гого і'ОЛЗ.Семко, геп. В .А .Харченко та В.ПЛічужіяа; а такок :і ЛІ .Лзваніна, В .В .Плотникова і О.І.Нечипоренко.

. Обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, и *тн глав засновку, списку літератури та додатку, загальная обсягом 485 сторінок, у тому числі 309 сторінок основного тексту, рисунків 70 на 69 стор., таблиць 74 на 69 стор., бібліографії з

422 найменувань на 38 с гор.

' ЗМІСТ РОБОТУ. . ;

У вступі- обгрунтовані актуальність проблеми та основні задачі дослідження, коротко викладено основний зміст і результати дисертації. ’ •

Б першій главі прозедено короткий огляд досліджень надійності конструкцій, в розвиток яких значний вклад внесено М.С. Стрілецьким, О.Р.РЕаніциніш, В .В .Болотіним.

Загальні питання надійності та імовіряосвого розрахунку будівельних конструкцій опрацьовані з роботах А.А.Гвоздева, АЛЗ.Геіиггтшшга, А.Я.Дрівінга, Б.М.Кошутіна, А ЛІ .Кудзіса, 03. Лузиша, О.С.Личева, В.А.Отставнова, К-А.Павлова, А.В.Перель-мутера, Д.М.Подольського, В.Д.Райзера, 15.М.Скла?.яєва, Б.Й. Снарскіса, Е.д.Сухова, С.А.Тімаиева, С.Б.Усаковського, В.П. Чіркова та ін. дослідників..' ■ . • •

Питання надійності метаяеглх конструкцій у' різній постанова і розглянуті у роботах Б.А.Балдіда, (І.І.Белеві, Г.І.Белого, Г.2.Бельського, Б.1 .Беляева, Б .В.Бірпльова,' В.1’.Гордеева, •Б.Б. Горева, Є .В .Горохова, В.И.Горпінчеяко, І.Д.Грудєза, И.и.Езрбі-на, А.І.ІСікіна, Ю.І.ІСудішкна, МЛІ.Мельникова, С.В.Срепкіка, ЗЯ.Селззньоваї, М.М.Сахновського, А.В.Сільвестрова, В.І.Трофимова, 3.3.Трофимовича,'Б.Ю.Уварова, 11.Л.Чернова, В.С.Шёба-■Еяна, В.М.Шимановського та'ін. вчених.

Корисним є досвід досліджень надійності залізобетонних та ін. конструкцій, будівель та споруд різного призначення, викладеній в роботах Л.С .Авірома, А .Я-Баразикова, М.М.Єрмо-лаева, М.М .Застави, Б.МЛСодотілкіна,. М.Б.Юраковського, І-Є-Прокопозича, Б.Е.Укполявічуса та ін. ■

Різні пиїгння теорії надійності розробляли заруоііині вчені- Г.Аугусті, А.Баратта, Д.Р .Бенкамін, Р.М.Беннет, Б.Бєрабииь-ккй, Ц.Ворлктек', А.І.Дйонсон, А.Л-Картер, М.К&станета, Ф.Ка-шнаті, С .А .Корнелл, Р.Леві, М.Майср,‘А.Г.Лагслей, М.Тіхі, С.Треза, І.Феррі Боржес, А.Ы.Фрейденталь, Н.Шинозука га ін. .

Важливим аспектом проблеми надійності будівельних конструкцій е імовірносник опис діючих на будівлі та споруди на-вантакень і впливів та вирішення задач їх сумісної дії.

Через відсутність загальних метеорологічних та ін. даних про навантаженая, необхідних при розрахунках надійності будівель-

них об’єктів, дослідження надійності вимушено починаються зі збору первинної статистичної інформації про навантаження та побудови їх імовірносних моделей. 6 багато робіт, що дають опис навантажень у вигляді випадкових величин з різними законами розподілення ординати.

Б окремих дослідженнях береться до уваги залежність наван-таяень зід часу шляхом їх представлення у вигляді диференційованих або марковських випадкових процесів,' а також випадкових послідовностей максимумів та дискретних перезантанень, але зід-сутня методика порізнізання ішвірносяих моделей навантажень, які у більшості робіт обгрунтовані на обмеженому статистичному матеріалі і мають характер прикладів. Задача комбінацій навантажень, ио змінюються залекно зід часу, вирішена для нормальних стаціонарних випадкових процесів, загалом опрацьована для дискретного представлення навантажень, але задивився невиріпіе-лим цілий ряд практичних'питань. Досить часто при опису завантажень і їх комбінацій вгинаються надмірно приблизні розподіли, не зазяди виправдано використовується нормальний закон.

' При розгляді конструктивних елементів і систем широко використовується запропонований 0 .Р.Ркаяіщінкм підхід, коли на базі статистичного дослідження навантажень, міцності матеріалів і властивостей конструкцій складається узагальнена умова безвідказної роботи конструкції -

у (у = /ь/

де - узагальнена несуча здатність конструкції:

- узагальнене навантаження на .конструкція;

У(Ь) - характеристика, яку'назвемо резервом несучої здатності конструкції.

Якео ці параметри, які залежать зід часу, надані у вигляді випадкових процесів, то імовірність невиконання умови /її, або імовірності зідказу, по В.З.Болотіну приблизно оцінюється як;число викидіз'випадкового пронесу за випадковий рівень узагальненої несучої здатності. Сироко використовується також експоненціальна Формула імозіркості безвідказної роботи, що приймає за аргумент- частоту зикадіз випадкового процесу. Перспективним-здасться розроблений А.П.КУдзісом метод узагальненої коваріадії, з якому випадковий проиес У (У запінюється випадковою, послідовністю, иія перерізами якої беруться. до уваги корреляційні зв’язки.

Серед елементів металоконструкція найменше розроблено іио-вірносний розрахунок стиснуто-згннаних стрижнів. Між тим в детерміністичній постановці питання стійкості конструкцій досліджувались у багатьох роботах, серед яких становлять інтерес теоретичні та експериментальні дослідження позадентрово-стиснутих та стиснуто-зглнаних стрижнів постійного перерізу і ступінчастих колон по деформованій схемі, з, врахуванням пластичних деформацій, при різних схемах навантаженая, закріплення кінців г типів перерізів: Деякі з цих робіт можуть слукити основою оцінок надійності вказаних елементів. ■ .

Налодослідженими залишаються також питання надійності конструктивних систем, для яких/неможливо .безпосередньо застосу- . вази методи аналізу структурної надійності із інших галузей, техніки'. Робота статично невизначених конструкцій, наприклад, . поперечних рам промбудівель, ускладнюється внаслідок перерозподілу зусиль В системі ПІСЛЯ відказу окремих елементів. Представлення сталэзих ран у вигляді єдиних фізично та геометрично нелінійних систем неможливе для використання; в задачах надійності, що базуються на достатньо складдах імовірносних методах. ТЬму дія практичної оцінки надійності конструктивних систем треба орієнтуватись на досить прості моделі відказу, серед них крихку і особливо пластичну, яка є достатньо обгрунтованою для сталевих конструкцій. , • • . • .

~ Для упруго-швастичних статично невизначених систем /СНС/ перспективніш являється изтод граничної різнозаги, особливо його імовірносна версія. '

В ряді робіт показано, що для реальних сталевих рам, на які діють випадкові навантаження, иожна не враховувати офект пристосування, в той ае час повторність навантажень підвищує об-грунтованністБ урахування в розрахунках ідеалізованої діаграми Црандгля." " ■■■- ' . : : .

7 другій главі розвинуто питання пювірноснсго представлення атмосферних і кранових назантажеяь, які є основними для одноповерхових.виробничих будівель. ,

Сгохастична модель навантажень мостових кранів побудована по. рвзультатаи експериментально-статистичних досліджень 83 . .

процесів вертикальною навантаження та 14 процесів горизонтального навантаження. цьому, кріп даних автора, узагальнені результати, одержані Б.ШСошутіним та Е.С.Куніним. Були дослід-гзні навантаження мостових кранів з. коротким та гнучкии підві-

Ир.чма і зворотня задача в ШН

Розрахункові парадетри . иодолай навантажень

Рло, і. Стальний алгоритм оцінки надійності металокошзтргкцій виробничих будівель

со и вантажопідйомністю 5-650 тс режимів робота Ж-ЯС, що експлуатуються в масинобуніпельному та металургійному виробництві.

Були виявлені такі імовірносні особливості- кранового навантаження, як стаціонарність та ергодичність, обгрунтовано застосування нормального закону при описі розподілів ординати. Б результаті узагальнення всіх експериментальних даних були одержані: безрозмірне математичне сподівання X , яке залекить від співвідношення вантакопхд’ємності і вага крана; стандарт X , а такоЕ частотні характеристики кранового навантаження, ео залекать зід режиму роботи кранів. Показано моаливість визначення числових характеристик вертикального крапового навантаження у залежності від випадкових аргументів: ваги ванта-ну і каблікенЕЯ візку. Експериментально виявлено особливості завантакенкя конструкцій виробничих будівель вертикальним крановим навантакекням, у тему числі неоднакове завантаження колов різних рядів і недовантаження колон середніх Урядів. '

В розрахунках надійності виробничих будівель необхідно враховувати .бокові сили мостових кранів, які значно виді за ; сели гальмування. Проведено експериментальні дослідження, що дозволили одеркати статистичні характеристики бокових сил для таких груп кранів: ’ . . _ 6Г •

• а/ крани з жорстким підвісом: X- О.їРсрІЕ’У, . коефі-

цієнт варіації V = 0,5, де Рср - вертикальний тиск колеса крану без вантаг? з. візком посередині моста; ХУ - с у на ор-данат.лінії впливу /для колони, підкранової балки та ін./, враховуючи один кран;

. б/ багатоколісні крани з гнучким підвісом /кількість колес 8 та більше/: ' - _ вг

- на ділянках з нормальною колією: Х*= 0,08 Рер XX ,

V = 0,45; ■ ; , ' .

. - на ділянках, де звуження або розширення колії перевищує

ВД мм: X * 0,12 Рср^'ї , У = 0.36; .

в/ 4-колісні іфани з гнучким підвісом: V е °>3б, математичне сподівання слід визначати з Формули А .В .Фігаровського з підстановкою середніх вертикальних тисків коліс. - ,

Для розрахунку конструкцій по діючим нормам на навантакен-ня багатоколісних кранів з гяучхим підвісом пропонується визна-чарі розрахункові бокові сили як Н «= 0,1 Рср 2.4^’ ^ » де Рср - вертикальний тиск колеса крану при завантаженому візку посередині мосту; - сума; ординат лінії зпллву, враховуючи

и

2 зближених крана', ^ = І,І. Вживання запропонованої формули, яку одержано узагальненням експериментальних даних, дозволяє знизити розрахункові бокові сили на 20-80Й /залежно від параметрів кранів/ порівняно з рекомендаціями БНіП.

Відповідно до даних натурних експериментів, для бокових 'Сил пропонується зживати нормальний розподіл, приймати однакові

3 вертикальними навантаженнями частотні параметри, враховувати

усереднений коефіцієнт кореляції між боковими силами і вертикальними навантаженнями мостових кранів, рівний 0,5. Виявлено найневигідніші схеми завантаження однопрольотних поперечників' горизонтальним крановим навантаженням. :

За вихідну інформацію для побудови імовірносної моделі вітрового навантаження було вжито дані 77 метеостанцій України. Аналіз стохастичної природи вітрового навантаження показав його квазістаніонарний характер з повільно мінливим на протязі року математичним сподїзанням, постійними характеристиками і частотними параметрами. Річний гренд математичного сподівання з максимумом в зимові місяці описано поліномом 3-го ступеню. Розподіли ординати добре описується розподілом Вейбулла /рис. 26/, нормоване представлення якого залишається постійним на протязі річного циклу.

Шраметри імовірносної моделі вітрового навантаження були осераднені для; г, л і‘Ш територіальних районів Україна для періоду повторення . Т= 1-50 років. . .

' За вихідний статистичний матеріал для побудови імовірносної моделі снігового навантаження використані дані 62 мегео- . станцій України за останні 20-30 років. ЯК і вітрове, снігове навантаження має квазістаніонарний характер з сезонним трендом математичного сподівання з постійними коефіцієнтами варіації, асиметрією і частотними параметрами. Зазначена постійність па. раметрів властива періоду стійкого снігового покриву з відносно високими значеннями навантаження, тривалістю = І* - і», зід'середньої дати початку і кінця зими . Сезонний тренд математичного сподівання снігової нагрузки» що має більш крутий несиметричний характер порівняно з вітровим навантаже»— ням, вершина якого припадає На лютий, також описана поліномом

3-го ступеню. ■ .

Аналіз видів дослідних розподілів снігового навантаження для території України виявив їх двумодальнил характер /рис.2г/,

де лівий пік з початку відліку вказує на відсутність снігу в • окремі зимові періоди, що характерно для малосніжних і нестійких зим України; другий пік визначено періодами стійкого снігового навантаження. Тому було вжито поліномо-експоненціальний розподіл, нормована форма якого, показана'на рис. 2г, залишається постійною на протязі зими. Параметри імовірносної моделі снігового навантаження була осереднені для і, П і Ш територіальних районів України для різних періодів повторення Т = 1-50 років. .

Всі перелічені навантаження були розглянуті у таких най- , більше характерних імовірносних формах.

Г. Стаціонарний і квазістаціонарний диференційовані випадкові процеси /ВИ/, частотно-часовою характеристикою яких є . ефективна частота а) ; .

2. Абсолютні максимуми випадкового процесу, розподіл яких визначається хвостовою часткою розподілів викидів відповідних ВП, яка знаходиться вище рівня характеристичного максимума , який визначається як рішення рівняння М*. / О* Т* 1: / = Г, де N1+ - кількість викидів.

3. Випадкова послідовність .незалежних випадкових навантажень/схема незалеяяих випробувань/, частотну структуру яких описує інтенсивність навантаження Я ,-що дорівнює числу, незалежно діючих навантажень за одиницю часу. .

4. Дискретне представлення навантажень, частотним параметром якого є середня тривалість перевантаження Д. . . : ■

5. ■Екстремуми; які підлягають подзійному експоненціальному розподілу, з виборок значень навантажень,. описаних різними початковими законами, параметрами яких а Па - обсяг виборки,

- характеристичний екстремум і о£«. - екстремальна інтенсивність'' " ■ ' . . .

^ б. Корельована випадкова послідовність перевантажень /на базі метода узагальненої коваргації/.

Порівнювальний аналіз зазначених імовірносних моделей показує їх змістову єдність і близькість структури основної наближеної оцінки^ішвірносгі перевищення нормованого рівня

■ X = / * - Х./.:Х за час І відповідно для БП, абсолютних максимумів ВП, схеми незалежних випробувань, дискретного нред-стазлзння і.моделі на базі метода узагальненої козаріації: ■ ■

- Ш-сфІ/д - [г (і-р)*р][ьрф], /г/.

де рф - диференціальна і інтегральна функції розпо-

. ділу імовірності навантакення; j>i 'Z - .узагальнений коефіцієнт кореляції і розрахункова кількість перерізів’по А.П.Кудзісу.

З урахуванням співвідношення /2/ і конкретних стохастич-них особливостей навантажень були ув’язані частотні характеристики різних ыоделзЁ, розроблено аналітичний та обчислювальний апарат, який зробив можливим порівняння імовірносних параметрів різних ш де лей навантажень та вираз одних моделей через інші.

Вибір моделей'навантажень залегать від специфіки.задач, які вирішуються: складніші з них розв’язуються у техніці випадкових 'процесів, які проте більш складні для обробки та опису. Црості-□ї і доступніші моделі на базі випадкових велична і. відповідних частотних характеристик /п.п. 2-6/ при'належному обгрунтованих забезпечують, як;доведено в даній роботі, не менш точні рішення задач надійності. ■ ' ' ’ ' - :

■ Для системного розглядання з єдиних позицій різних імовір-носких моделей- запропоновано загальну форду представлення наван-такепь /ШЛЕ/. Її графічний варіант /рис. 2а/ уявляє собою координатну .систему / X" У //> в якій вісь ординат характеризує ■навантаження. як випадкову, величину, а вісь абсцис - імовірність перевищення різня з врахуванням часу t . розподіл Гумбеля 1-го типу описується в'ЗЗПН прямими лініями, інші розподіли - відмінним кривими. Значною позитивно» якістю. ES-KT є добрий огляд хвостових частин розподілів, непомітних у звичайних -форлах представлення розподілів. Це дає моаливість наочного порізниваяня і ув'язки параметрів різних моделей, навантагень /рис. 2а/. В : Mesax КІШ були одеркані аналітичні рішення з урахуванням t підбору рівня % для відомого Gut) та оцінки Qtt) при заданому у для б моделей розглянутих.навалтакень. Зокрема, для вітрового навантаження в техніці ВИ одержано

уш-\І\г

-k(u3tKtt)+54C)fV^)rO+^|f

де Г(4+ - гаша-Фуншія,' - параметр форми розподіл?

. Be й булла; . •

Кы г- 0,35*0,52 - коефіцієнт, яеий.враховує тренд вітрового . навввгагення, 0 = 0,53*0,66.

Для ЕП снігового навантакения маємо

у (у- у*, ^

де Кія = 0,П-і0,59.

Одержані в гл. 2 іиогірносні моделі та параметри навантажень мокна гнівати безпосередньо в розрахунках надійності за критерієм короткості, а такок критерієм несучої здатності, якщо'міцність матеріалів конструкцій прийняти постійною. Моделі використовано в наступних-главах роботи в задачах оцінки надійності елементів та систем.

В третій главі викладено результати дослідження сталевих елементів, які працюють лінійно при дії випадкових навантажень. ■В межах статистичної динаміки такі елементи визначено як сто- ■ хаотичні стаціонарні системи, що мають виродкений характер. Розглядаються оцінки імовірності безвігказної роботи /відказу/ елементів з урахуванням і .■’за-критерієм несучої здатності .

У зв'язку з двм за відказ елемента приймається перевищення випадковим напруженням /зусиллям/ від зовнішніх навантажень’випадкового рівня міцності /несу чої здатності/ елемента. Ери цьому основним о побудування-розподілів і визначення частотних характеристик вихідних параметрів системи. . . ’

При врахуванні сумісної дії навантажень і обчисленні резерва несучої здатності /і/ необхідно побудувати суми або різниці розподілів, для яких з загальному випадку мшзїь сенс формули типу згортки. Згортки для запроваджених в гл. 2 розподілів Ее визначаються'з замкненій формі .і повинні бути інтегровані численно. Однак попередньо вирази для згорток були опрощені і перетворені для ув'язки параметрів зсумованих розподілів, зменшення їх кількості, представлення сумісних розподілів б єдиній порівняльній формі в функції нормованого ухияен- . ня від центру з урахуванням сумарного стандарту розподілу.

Так, наприклад, для різниці нормального і'поліпомо-експовен- .

ціального розподілів, після введення підстановки, пер&тварен-ня підінтегральної фуніяії і заміни кєе інтегрування одзржа-но вираз для щільності розподілу .

■ ■ ^ - - . ■ ... - г . .

£гф'#*р0/2у'] ехр /5/

випадковий процео ] *- схема не залеж, випроб

£р°х.

к йі «# Вейбулла ' —композиція,/) «=0,5 композиція,/? -=1,0

1

V «V V

& [ V \ N. '

'Ч Сніг & )=аш;й •—

V 1

1 \ . Зітер іі)я&Г6ІЇ)

V-

3

1.

16

$4

3£ 2&3

}Ш=е*р(с<

....нормальний

поліномо-ехспон. —різниця,/) =0,5 —> різниця, р =1,0

Рис .2. Імовірносне представлення навантажень: а/ кранове навантаження в ^ІПН;

6/ крцпозиція розподілів нормального і Вейбулла: в/ нормовані кореляційні функції навапиажень; г/ різниця розподілів нормального і поліиомо-експоненціального

-21-

ту? Еї=-Хі^:Г^г,-,£р;, р-Хн/Хп; ^(х-Хн+ХпуЯя,

— /V — ^ -'" ■. ■ ■ •

де Хп, Хп , Хл , Xн - математичне спдівання і стандарт відповідно поліномо-експсненкійного і нормального розподілів.

Межі інтегрування: нидвя X" — ■'/(Л/пР) , де

ТЗа = VІ+ Р1 /рУп - коефіцієнт варіації, урахований в по лі номо-експоненціальному розподілі; верхня Хі = визначається чисельно з умови забезпечення необхідної точності обчислення згортки. Приклади побудованих по /5/ розподілів наведені на рис. 2г в порівнянні з вихідними нормальним і поліномо-експоненціальним, форма щільності /5/ досить швидко згладжується і нормалізується по мірі росту р . ,

' По наведеній методиці одержані і далі використовані композиції і різниці нормального закону, розподілів Вейбулла, Гумбеля 1-го типу,' полінсма-експоненційного та довільного; зсього одержано ІЗ згорток. Виведені' формули дозволяють за допомогою чисельного .інтегрування на ПЕОМ з достатньою точністю без спрощення і огрублювання одержати композиції і різниці використаних в даній роботі розподілів. Крім того, даний чисельний метод моаз бути вталшнш для оцінки точності різних спрощених і наблигених засобів побудови розподілів суми і різниці навантажень та ін. випадкових аргументів. . .

У зв'язку з постійністю частотної структура'наведених в гл. 2 ВП навантажень, ефективна частота їх комбінації визначалась як ■ ,1і )£

С£^“(4-И<г) [(ц^Кі^+СсОгККілі}1], ^

де к *= $г/Х4 - відношення стандартів підсумованих наванга- . жень.

Формулу /6/ можна легко розповсюдити на суму декількох завантажень. Для комбінацій назантажень, що представлені іншими. імовірносяіши моделями, введені нові частотні характеристики, що не залегать від рівня навантажень: ефективна інтенсивність навантаження Ям; ефективна середня тривалість перевантаження" ; ефективний обсяг екстремальної заборки Псі . Легко про с лі здується через вираз /2/ зв'язок введених характеристик з ефективною частотою ВП, на базі чого для частотних параметрів комбінацій навантажень в техніці схеми незалежних зипробузань, дискретного і екстремального предстазлень одержані форели, аналогічні виразу /6/.

г?

Для коректного ваизаЕня оцінок надійності на базі форинт ВИКИДІВ ВП необхідно з'ясувати ступінь ЇХ ШИрОКОПОЛОСНОСТІ , ЯЕ£. оцінюється коефіцієнтом широкополосное ТІ Ру , ЕО зветься так о з? параметром складності структури ВП. Для визначення цього коефіцієнта, рівного відношенню середньої частоти оЗэ ВП по екстремумам до ефективної частоти (і) , йуди побудовані емпіричні ког-— ляційні Функції БП завантажень, які апрокспаоваяі багатократно /не меіп за 4 рази/ диференційованими аналітичними виразами.

Б результаті операцій над кореляційними функціями і спектральними щільностями одержано <= 3,- що добре збігається з експериментальними даними і вказує на те, що зазначені атмосферні та кранові наваятаяення уявлялть собов ВП з достатньо вираженою широкополссністЕ. ■

’ Кореляційні Функції, спектральні цільності /рис. 2в/ та ефективні частоти ВП кранового, вітрового і снігового навантажень суттєво відрізняються, внаслідок чого коефіцієнти широко-полосності їх комбінації мокуть бути значними. Це відображає, що сумісна дія кількох навантааенЬ стає двох і більш частотной, цо необхідно враховувати в розрахунках надійності конструкцій. : .

Шінка надійності сталевах елементів побудована на базі концепції резерву несучої здатності /і/, який при представленні навантажень у вигляді ЗЯ такоа стає випадковий процесом. В такому разі відказ елемента інтерпретується як закид ВП У(-1). у від'ємну зону, а імовірність відказу визначається як. .

йМ” и)^^у ($) *Ь/С^о£» ^5Ґ), /7/

де £ •= V /V - характеристика безпеки.

Розроблено тахоЕ методику оцінки надійності елементів, на які дівть комбінації навантажень, що представлені іншими імо-вірносними моделями, визначеними в даній роботі.

. Вааливі практичні результата одергані на базі розробки імовірносного розрахунку елементів, що спркймавть одне випадкове навантаження. Для постійних навантажень пропонується сто-хастичва модель у вигляді суми випадкових еєлйчея, вгазаякя якої дозволяє ввести коефіцієнт комбінацій 'V * 0,$0і0,95.

Для сталевих елементів, які сприйаалть в основному павах» танення мостових кранів /підкранових бггзг, елементів гргго-вгх естакад/, якщо вони рсзглядасткгя тільки у плані загального напрунзЕОГо стану /не враховуюча локальних ефектів і втозд/.

імовірність відхазу СЦі) залежить аасаапаред від відношення ' ^мч/Хиг. навантажень одного і двох кранів, а такоз відаошез-зя зантаяоаідйоиності до маси кранів та'рвавшу їх робоїи. Обгрунтовано висновок про недостатня надійність сталевих алемап-гів, аавалталшних і-колесниш кранами извелжої зантааопідйом-ності црн переважному впливі одного крану / Хмі/Хи*5* О,В/.

З інших випадках надійність, .таких елементів достатня /при .врахуванні загального нацруженсго стану/.

Кранове яавантанення. на конструкції ыо$а бути зменшено ігри обаанеані наближення візка з ваатакзм до рядг, який розглядається, наличинов ^тіп. = У» + рЬк / Це - паспортне наближення візку, к.* - .прольот грану/ шляхом поанокання на знижуючий коефіцієнт і /габл. І/. _ „ ■ _

ТабДИЦЯ І

р : 0,1 : 0,2 : 0,3 : 0,4 :

• 6 ї 0,94 : 0,83 : 0,82 : 0,76 :

Декілька вкади коофгдієнг Ь одаргано з формули

4- Сі ^Г"йТ’ • /а/

и +• К (І-к.- у*)

да К = (&+Ст)/Ом - зідзапгенвя ваги візку з зангааеи до

вага мооту крана. -

Важливою здаагься молшаісгь знаваная розрахункових аавад-гадеяь ара зміні отроку експлуатації конструкцій. Для кранового зазазтахааня у загляді аортального стаціонарного ЗП задача вирізується наявно, що доззоліїло одзраата значення знизуючого коефіцієнта для уточнення розрахункового кранового навантздення /габл. 2/.

ТаЗгащя 2

'' «аді* а^спд^а“: І місяць : І рік : 10 років : 50 років :

7 ~ ^т” Т "* 0,38 : “О.» 7 ”07975 : І :

Недостатньо розроблзно врахування комбінацій вертикальних і горнзояїальзиз::дій ігоогозкх кранів. На базі розроблених імо-зіраосаих мода лай крановнх навантажень обгрунтована рекомендація, зо лрн взЕвазні в розрахунках бокових сил /по дівчгм. нормам тт.та кранів режимів роботи 7К .і ЙС/ монаа прийняти коефіцієнт комбінацій вертикального завантаженая і бокових сил ^ = 0,9. ара умові, ао частка коаного з навантажень /варти-

зального або бокового/ в загальному занруяенні /зусиллі та *л., перевищує ЗО?. Зраяавугчп дані про забезпеченість розрахункового кранового навантаження, дія запропонованого коефіцієнта розгазсвдавна на елеаенги з саіззізшоаеншш Хи</Хт < 0,8.

Для оціага надійвооїі конструкцій, які опрайааоть снігово ваззаїагезна, булю виконано розрахуйся серії сталевих крокво-вях балок для І—ТІ снігових регїоніз з поїсрізлзв різної мася. Розрахунки показала недостатнії надійність балах, цо підтзерд-зуе недостатність розрахункових величин снігових навантаязнь з діючих нормах і необхідність їх зиінн за більші. Щоб уникнути аеввправдансго. сбільшзння зага грошових коаагрукдій, значення коефіцієнта надійності їм слід таїсоз давати у зв’язку з до^зп снігового назантаззнпя в загальнії: величині. Ріаення гакоі задачі за базі умови 0. / Ь = 50 раків/ = 10"° дало зііо-гу запропонувати слідуючі коефіцієнта надійності снігового на-

заагагенйя /табл. 3/. Габлпая 3

: Юзв^іціеаз? : еадійнооїі С - частка аапсугя /зусилля/ від .

снігового завантаження •

• • 0,2 : 0,4 : 0,7 • 1,0 :

: : 2.4 : 2,5 : 2,8 : 3,0 :

«ажгачяв збіквезпя вага врокзовях конструкцій пря звиг заані запропоаозгйах коефіцієнтів зо яро порційне збільвенна порізяяно з нормоваїташ заачевяяая 1,4 і І,б. оскільки зоно залззше від С і ножа бутз значно меняя росту . Додаткові витрати з даясиу разі, па думку автора, виправдані, таиу що практично вяклвчаать зруйнування ааарійнях сталевих кроквовнх конструкцій, особливо з дзгг.оіо покрівлею. Крім того, витрати иохуть бутн кошізясозані за рахунок елементів, що узять надмірну надійність, відповідно до рекомендацій даної роботи.

Розраховані по діючий аориаа сталеві елементи, які сприймають вітрове завантаження /зідтязка, елемента; постейлвяня, вітрозахисні екрани та ін./ мають достатня надійність. Прд змвняенону сгрекові експлуатації t з розрахунок таких елеаеа-тіз мозжо взодятя зниауоті коефіцієнти '^т /табл. 4/.

: і , років : І : 2 : 5 : 10 : 20 : ЗО : 40 : 50 :

: )(- : 0,46: 0,54: 0,66: 0,76 : 0,86: 0,927о7965~ ~1~ 7

На період зведення конструкцій, окрім дозволеного нормами звиеєння бітового навантаження на 205?, пропонується ввести додатковий коефіцієнт йм = о ,55 для розрахунку елементів на стадії монтажу. ■ . .

Цри сумісній дії снігового, вітрового та іфанового наван-Г2ЕЄЕЕЕ пропонується браТИ ДО розрахунку . ЗНШЕУОТІ коефіцієнті! комбінацій Ч* = 0,70+0,90, конкретні величини яких залегко від часток навантажень можна визначити графічно або по рекомендованій у дисертації формулі. .

В четвертій главі розроблені питання імовірвосвого розрахунку стиснуто-згинаних елементів, які розглядаються як стоха-стичні стаціонарні невиродкені системи. Функцію/і/, яку для даної задачі названо резервом стійкості, могно виразити в просторі нормальних напружень у 2-х варіантах ' " ■

У(і)“ 6>т~бнС^)/?сСЬ.)“6’т"6"н(і)_бмСі)“6’й(і),

де 6т - межа плинності сталі; 6>н - напругення вісьового стиску; би - напруження від згину поперечним навантаженням;

6а - додаткове згинальне напруження від деформації стрзЕНЯ в момент втрати стійкості; - функція, яка приводить критичне напруження втрати стійкості стиснуто-зпшаного стригня до мекі текучості матеріалу . .

Вказано на допустимість лінеарізації резерву стійкості , відповідного параметрам реааьіїкх сталевих колон, та обчислення числових характеристик як

- коефіцієнт кореляції міг аргументами X*, і ^ .

У зв'язку зі складністю послідовного стохаотичного аналізу поведінки стиснуто-згинаних стркЕНІв ввито спосіб з підставленням імовірносних параметрів в детерміністичні ріизння

задач їх стійкості. Дослідзення надійності з даній главі зиг.о-ааао порівняльно-аналітичним .методом з розробкою декількох оцінок надійності, ко базуються на різних вихідних позиціях, порівняння яких дозволяє оцінити вірність здобутих рішень і намітити зони їх можливого вяизання.

Скіпка надійності, що базується на рішеннях задачі стійкості з урахуванням геометричної нелінійьості, вживаються для порівняно пругних сталевих стрижнів з невеликими відносними ексцентркситзтаня, коло яких визначається в даній роботі, для. стрияаіз зі сталей підзииеної та високої міцності бел зиразе-ної площадки плинності. Розроблено дзхілька наближених оцінок надійності пружних стиснуто-згкнаних стриааіз, зокрема ;цн стрианів двотаврового перерізу на основі виведеного виразу

4>е = к{а- а-^тч,

де }{ я Я І&т/£ » ^ " відносний ексцентриситет, Я. — гнучкість стризня; рішення на основі двочленної формула. С.Д.Лейтеса б*і+б’м^' -< б"г ; оцінки, з яких було вжито відомі вирази

М»яМ/(+-?!/їЬ) і Иі=* М5ес(0,5и)

де И - момент з стряглі від поперечного назантздення, • Мэ-критична сила по Ейлеру, и.*л/м/СЕїТ , С - довжина стрижня, М - ноздовіша сила. Одержані оцінки, незвахаючи на відмінність аналітичних рівень,'досить близькі завдяки вживання з усіх варіантах деформованої схеми отриззів полусінусо-ідальної форми та критерія крайової плинності. Ці рішення можна вливати для окспрес-оцінки надійності елементів, яка не потребує великої точності, а такоа для тестуванЕЯ результатів, одзрзаних за іншими методиками. '

Пророблено процедуру імовірносного розрахунку на основі методу Бубнова-Галзоркіна, компактні рішенню для систем з кількома ступенями свободи одержані на базі-енергетичного методу Рітца, вени враховують особливості прикладання поперечних на-вантаззнь, Форму вигнутої вісі стрягни, припускають зміну поз-здовзяьої сила. Наведено аналіз поведінки близьких до реальних стальних стризнів при різних схемах прикладання' шпєрзчззх нг-зантаяень, розглянуто кореляційний зв'язок міз формами згину стрижня, виведені формули параметрів резерву стійкості, придатні для практичних розрахунків прунних стриняів при складних схемах поперечного навантаження, оціеєяо кореляційний зв'язок, аіа лінійною і нелінійної) частками резерву стійкості /З/.

Для пружно-пластичних с тис ну то -згинана х стрижнів одержано оцінку надійності на основі апроксимації табличних значень Ч’е з діючих нори проектування сталевих конструкцій. Для с удільно-стінчатих стрижнів, у площині дії момента, який співпадає з площиною симетрії, вибрана функція виду

Ч^віс-гдлпе*), /п/

де % = - КгЄ§.І ; 0,70; К2= 0,62; _ С = Ка-К*/В;

Ка= 0,943; К* = 0,075; (ТЩ = <2 т. - приведений відносний ексцентриситет;. £ - коефіцієнт, що враховуй форм? перерізу і орієнтацію ексцентриситету; Л = V %/е' - умовна гнучкість стрианю. .

Після підстановки Ч’е. в перший зараз /9/ і математичних, сподівань в /Ю/ одзраазо математичне сподівання резерву стійкості /без врахування фактору часу/ ;

^ " іСотД м) 'сі-с *^г> /'І2/

де А - площина перерізу страши.

Коефіцієнти для визначення стандарту У по /ю/

А,,. » «хіааа±ішс=±ч д» ../в/

А, ^ Аі ^-сЦШц)г ’ Й5 ; бпЦіУ^^С^ШЦ)11

да ч»/ - момент опору перерізу. '

'Корисні результати одержані на базі практичного методу . розрахунку стисну то-згинандх стригнівзапропонованого Ф.БлеЗхои У формі 5Кр= 6кр«/$, де б’кро - критичне наїтруаен-ня.для центрово-стисну тих стрижнів. Індивідуальні для кожної . сталі алгебраїчні формули були узагальнені для прунно-пластич-ног області при гнучкості Я = 20*80 у вигляді: -

< +• ГПв^/2,4+тГпТТР'-Є'-х/Є^ де 6^- критичне напруження при центровому стиску по Ейлеру. . .

Математичне сподівання резерзу стійкості відповідно до /9/ і /10/, визначається як

ч-^СГтЛй)"вт/Р/IV

де ^ - середнє значення параметру £ при підстановці матема-тачнгх сподізань випадкових аргументів. л

' Коефіцієнти для визначення по /Ю/ стандарту У дорів-тенсть - ; . • ■

Аг(^о.етбт«*)/в‘; - . ' г ,

/к/

Рішення /іг/~/ІЗ/ і /ІА/-/І5/ вкивалися для практичний скінок надійності сталевих стиснуто-згняаних елементів.

Розповсюдженими елементами: каркасів виробничих будівель, оснащених мостовими кранами, є ступінчасті колони-для суцільної конструкції яких розроблено кілька оцінок надійності, зокрема на сокові формула /11/. Специфіка ступінчастих колон відобразилась введенням коефіцієнтів розрахункової довізши /Аі і > відповідно для нианьої і верхньої частин, які зале-кать від співзідновеяня довжин &/£< і моментів інерції 'Іг/’іі частій, а такок повздовяних сил Рг і Рі, по прикладені відповідно до верхньої і нианьої частини колони. Математичне сподівавня резерву стійкості визначалось окремо для. копкої частини по формулі /12/ з урахуванням ^ і при обчисленні 2- . Приймаючи до уваги, що резерв стійкості кожної з частіш є функцією 3-х випадкових аргументів -у = ^ / 6> , М , Рі, Рг /, були визначені відповідні кое-ФІяієнтл для розрахунку 9 /10/. Одеряані оцінки для ступінчастих колон з різники закріпленнями верхнього кінця.

. Резерв стійкості для наскрізних агзніх частин ступінчастих колон, звакаючи на роботу окремих вігок на центровий сгкск, визначається досить просто .

_ V- §т“ЙК?^й)>Й<]/(6в»РАЮ, /І6/

де 6х> - відстань мін вісши зіток колон; Аз- площина перерізу вітей. , ■ .

Перехід до реальних вавантагень було здійснено урахуванню коефіцієнтів їх впливу на зусилля в кожні і перетворення форцул для визначення У., і Шінено кореляційний ЗВ'ЯЗОК між зусиллями б колоні, визяаченішк однайовкші навантажевжаги, з також між відказали верхньої та нианьої часеязаш внаслідок гего, що до формул резерву стійкості входять загайні аргументи. Ва базі /7/ враховано фаетор ■часу на надійність хздан.

Для чисельних розрахунків надійності сталевиу ступінчастих коло а розроблено алгорітот та програна для ПЕСК, за допомогою яких були розглянуті колони в ззрокоиу діапазоні та-

раметрів: срк жорсткому і шарнірному поєднанні колон з ригеля-іі2, для рай з прольотами 24-36 м і кроками 6-12 м, з теплою і хслсдною покрівлею по профнастиду і залізобетонним панелям, з мостозюік кранами 0. «= 30/5-^125/20 тс режимів 4К-7К, для ІЧП спігобих і вігровгх регіонів; всі колони визначені без запасу по діючий нормам проектування.

розрахунки довели, цо ЕадійЕість еиеніх частин значно вища за вицих внаслідок дії на еккню частину колоне додаткової випадкової повздовеньої сили від кранового наз.антакення. При цьо*!у ефективна частота ВЇІ резерву стійкості никніх частин перебільшує частоту, верхніх частин до. 10 разів внаслідок більш виразного впливу високочастотних кранових навантажень.

' На базі одерааких результатів, ввазгуючк на критерій рій-нонадіЙЕОсті частин колон,.рекомендовано ввести до норы проектування і посилення сталевих конструкцій коефіцієнт умов • роботи %с «=І,І5для. нижніх частин ступінчастих колон..

Виконані імовірносні розрахунки з урахуьаккям реальних навантажень і Фактору, часу сталевих колон постійного перерізу багатопроліотних-виробничих будівель з мостовими кранами. Для різних варіантів навантаження бужі визначені без запасу’ перерізи колон з прокатних двотазрів. " ' • ,

. Розрахункиколон постійного перерізу і верхніх частин ступінчастих колон виявили, цо моклазі відкази перевірених конструкцій мають періодичність 70-250 років і більше. Вра-ховувчи узагальненість і деяку.перебільшеність врахованих імозірноснЕх моделей навантажень і відсутність відказів подібних конструкцій, мокла зробити■ загальний висновок про достатню надійність сталевих колон виробничих будівель з моего- . вики кранами. . . . . :

В п’ятій главі розроблені оцінки надійності'статично не-зизвачаних стрикньових систеы/СЕС//скремі балки і црості рами, такоЕ багатоповерхові і багатолрольотні поперечники виробки- ■ чих будівель/. З усіх моелизих відказів таких систем,.виконаних в металі, ■ обрані відкази, пов’язані з втратою несучої здатності. Такі відкази виникають по мірі відказів окремих елементів, шляхом переходу через різні працездатні стани, відповідні до різних схем та імовірносних параметрів системи. Внаслідок цього оцінка надійності СНС являє собою досить громіздку задачу, ступінь складності її зростає відповідно до складності системи.

Одним із тпособіз формалізації процедгри розрахунку СНС є зазваній метолу станів, з якому хід руйяузаяня системи з усіма можливими а ля хамя відказів на^но проілюстровано графом станів. (Граф зобраяає логічну орієнтовану ієрархічну структуру у вигляді дерева відказів, в корінні якого є вихідний стая, на верши- ■ аах - можливі працездатні стани, на кінцях гілок - стани від-казіз системи. На ребрах графа вказано імовірності переходу з одних станів до інаах, які дорізнЕззть умовним імовірностям зід-казу елементів, які при цьому викачаться з роботи.

Методами теорії графів і складних систем дерезо зідкззіз перетворюється і спрощується, насамперед пляхом розділу загального графу на аідграфИ за ознакою числа одночасних зідказіз елементів. В практичних розрахунках надійності зисоконадійних конструктивних систем можливо обмеяатися найбільш імовірним підграфом послідозних відказів. Розрахунок по дереву відказів спрощується також укрупненням графу станів пляхом відділення і окремого розглядання найбільа типових підграфїв, обчислена няи надійності до певного рівня графу, відкиданням на кокнсму кроці обчислювань ребер, імовірність відказу по яким значно менша,чим-по їнпям. розроблено процедуру практичного розрахунку СВС методом станів за базі складання та перетворення матриць суміаності система. ' .

. Особливості процесу руйнування і оцінка надійності СНС в основному визначаються характером відказів її елементів -крихким або пластичним. Автором пророблені обидві моделі від-казу, причому пластична - для систем, по складені зі згинаних елементів, робота, яких пругяб-пластична по діаграмі Прандтля, а процес руйнузання вазназааться появою шарнірів пластичності з зайбїльш навантааених перерізах. Яри цьому елементи, які вибувають, продовжують брати участь в роботі утвореної системи у вигляді постійного діяння, що згошзає на її несучу здатність та імовірносні параметри. З урахуванням останнього, я меяах концепції резерву несучої здатності /і/ були одержані в просторі згинальних момеатіз параметри іиозіряосного розрахунку елементів на будь-якій стадії-руйнування, система.

. ^гг* Мо(іія^*Вїя);

^^[(Ма) (■ С^'їМ. Р 3 ,

'/гг/

/18/

де В;„~

к»* . ]*ки ■* } к и и

^і/ = (рІі}~с{і}}-і)/с(}, '}-* - число вашу граяичаого мо-

менту; оСу - числи впливу навантаження; М„ - параметр граничного моменту систеш;^] - складова вектору співвідношень граничних момент із в системах /станах/; ] = Г,2 П.- порядок си-

стеми; і - гё елементів /небезпечних перерізів/.

З такому разі припускається щільна кореляція граничних моментів в різних небезпечних перерізах. Імовірносні розрахунки прукно-пластичних систем виявили послідовне вирівнювання імовірностей відказу для всіх можливих шляхів руйнування в межах однакових механізмів. ' ' .

Спрощення розрахунку надійності СЕС досягається вживанням і логіхо-імовхрносного методу, якщо умову безвідказної роботи елемента позначити логічною змінною X , умову відказу X', а умова безвідказної роботи і відказу системи виразити функціями введених логічних змінних у. / Х< » Хі , ... , Хп. / І у-' .

Для розатфровки таких умов вживається поняття мінімального перерізу відказів системи /МПВ/' , до уявляє собою мінімальний набір відказавших елементів /станів/,, які приводять систему до відказу. ШВ позначається кон',юнкцією /логічелм-добут-ком/ умов відказу таких елементів..Умова, відказу систаыи в цілому записується як діз’юнкія /логічне додавання/ всіх можливих ТОШВ, яка. означає, що реалізована хоч би адяа схема руйнування гп <ж _

ц'(х,,ч-,х„).узі-у[Ах;І,

V . 1~< і Є ІКі)} /19/

де множина номерів елементів, що входять до МПВ»

Наведена. логічна формула описана операцією кон'юнкції . з ляхів графу, що поєднують-вихідний стан і стан відказу, а операцією диз'юнкції всіх шляхів - граф в цілому. Компактна форма /ІЗ/ дає ті самі результати, що і перебір можливих ста-ніз системи з урахуванням усіх сумісних відказів елементів.

Матричні методи дозволяють формалізувати складання умов у. і у', для чого вживається матршя безпосередніх зв'язків,

з яких операціями добутку або виключення вершин одержується лзгічза фунзаія /19/. Перехід до імовірноснях функцій здійсняється після пзрзтзсрення /19/ методом розрізання або на

базі каблшенах оцінок.

Вирішальною позитивною якістю логіко-імовірносного методу є можливість виявленая важливості /рангу/ елементів СНС за критерієм надійності. Лля цього звиваються такі характеристик!:., як значимість, внесок і питомий внесок елемента в надійність систеки. По розробленій процедурі виконано ранжузання елементів ряду СНС, що дозволило розробити стратегію забезпечення гк-зучості, підвищення надійності та оптимізадії СНС за критерієм надійності. , '

На основі логіко-імовірносного методу пророблено загальну оцінку надійності вузлів металоконструкції! промбудізель, доведено, що в аспекті надійності типові вузли виглядають найчастіше послідовники схемами корєльованих елементів. Через це, внаслідок своєї багатоелементності, вузли мокуть бути менш на- . дійними, чим самі елементи /стрижні колон, про льотні частини балок та ія./, і надійність реальних конструкцій повинна перевірятись комплексно з перевіркою надійності елементів /перерізів/ і вузлів. _ . . '

Дослід проведених практичних розрахунків .ряду СНС /балок,

Г-образних та П-сбразних рам/ довів, по метод станів могло адресувати для розрахунку надійності простих систем малої вимірності, вузлів конструкцій; а такоя у випадках, коли надійність оцінюється на промінній стадії руйнування/наприклад, за критерієм переміщень/, де немокллво в кити метод граничної рівноваги . ■ . .

Задача оцінки надійності СНС з переваженням згину /балок, рам/ з елементами, забезпеченими від втрати стійкості, матеріал язсих вважається ідеально пружно-пластичним, вирішена за допомогою імозірносного метода граничної рівноваги /Г-Тг/.

Для одержання нижньої оцінки надійності п -раз статично невиз-наченої рами складається система п+4 лінійних рівнянь вигляду ■ ■ - ' ■

\ХМЧХ}*Р Иів-мТ; - /2С/

23 Мі] І "Міс - моменти в і -му перерізі основної системи рами від зайвого невідомого Х] = І і .зовнісніх навантажень, параметр яких приймається Рв = І; М; - грангчнй момент ъ і -му перерізі. .'

• РІЇНЯННЯ /20/ В перетвореними В рівності Обі!52ЄЯНЯМИ. по

иіьності в secезпечних перерізах раші, еоне покуть Суп: геометрично описаними гіперплокинаин в П.-Ч -мірному гіперпросторі. Переріз цех гіперплоідкв визначає вершину багатогранника умов і параііетр Fo граничного навантакення, яке витримує рана прк . реалізації істинного /найбільш імовірного/ иеханізну руйнування. . . ' _' ■ . ■

Уагекагичне’ сподівання. • F« параметру граки якого навантаження визначається на Сазі об'єднаної 'реореил граначвої рівноваге через рішення системи рівнянь /20/ з урахуванням місць з'явлення-гарнірів еластичності, що входять до істинного механізм’:

/2І/.

де МІ - середнє значення параметру граничного иоиенту системи; Jtt-j - скидова вектору співвідношення граничних моментів в парнірах пластпчност* иехааізку’; *Р - визначник, свстеии рівнянь /20/; А-^п-м - алгебраїчне доповнення елементів М^о . визначника Т> . ; ■ ■ ' ’ .• ' - ' ■ ■ ; -

Л Аналогічно стандарт параметру граничного навантаження Fo , обчислений у прЕпуценні незаконності ‘.’іцностеЕ в різних перерізах і постійності коефіцієнта варіації параметру MJ , ; дорізнве у . '

■ - Форнули /21/ і /22/ дають зв'язок числових характеристик випадкової міцності рани в цілому з характеристикам иіццос-тей окремих'елементів;, Розроблені алгоритм і програі-а розра-:унку на ЄС ЕОІЛ рам зі ступзкеи статичної невизначеності до ' ЗО з матрицям: уігов розьгіраші до 80x150, за допомогою яких одергані оцінки надійності сталевих поперечних paw виробничих . будізель різного призначення. . .

Пзвна оцінка імовірності відказу рай з випадковою иіині-сто.і навантаженням одержана в.результаті розробка: варіанті'. ІМГР, шо базується на методі комбінованих механізмів, які " складаються з основних механізмів: балочних, поверхових /зсувних/ і вузлових. Метод реалізовано у вигляді алгоритму і програми на ШОУ, під час розрахунку по якій фор:.густься комбіновані механізми з різяш числом шарнірів пластичності, відки~

даються, статично напри пустині /надмірні/ механізмі, а також комбіновані механізми, які иають імовірності зідказу менші, ніз задана мінімальна.величина. У зв'язку з там, до випадкові .механізми зруйнування кояуть визивагися одними й тями навантаженнями і мати спільні шарніри пластичності, вони визначаються як залежні з різними коефіцієнтами кореляції.

Жінка імовірності зідказу рами а цілому-зазначається як для МИВ /19/ діз'юнкцїбю хорельоваках умов зідказів X/ порівняно невеликої кількості,головних механізмів,- відповідних локальним мінімумам характеристики небезпеки і підвищеним імовірностям відказу 3] . Для обчислення імовірності зідказу СБС згивалося декілька наблиаених оцінок. ■

В роботі показана специфіка багатопараметричяого завантаження лруяно-пластпчних. рам у порівнянні-до наї'частіиа зживаного однопараметричного завантанзння і особливості застосування в такому "випадку, імовірності/, кінематичного і статичного методів граничної-рівноваги. . ■ : . "

ІЬ одераааш- формулам алгоритмам і програмам були виконані чисельні розрахунки ряду .СНС виробничих будівель, котрі дали змогу оцінити кількісно запас надійності СНС порівняно і окремимиелементами і статично визначними системами. Для практичних розрахунків металоконструкції! такий запас пропонується враховувати коефіцієнтом схемної надійності СНС = 1,10, що визначено в первому наближенні по мінімальним значенням, одерханим' з розрахунках. Такай коефіцієнт в аналогіев коефі-ціеатозі умов робота конструкцій і має бути ззеденим до правої частини розрахункових.формул.

■9 " ■

.. ' Зі ЇІЮ ТВ ЇЇЇЯ .

Проведені дослідаення дозволили одержатя слідуючі результати. . .

- І. Биріиена захлива науково-технічна проблема побудови, методу оцінки надійності металевих конструкцій, який включає одержані досвідах дані і залежності, розроблені математичний .апзрат і чисельні рішення, які представлені у вигляді єдиного •алгоритму, реалізованого як комплекс програм для ЕОМ. Метод ураховує випадковий" характер назантаавнь і міцності матеріалу, особлігаості сумісної дії навантажень, специфіку роботи і зід-казів металевих елементів та вузлів, характер роботи і можливого руйнування статично яенизначаних рам. .

зо

. 2. Обгрунтовані узагальнені інформаційно забезпечені імо-

вірносні моделі атмосферних для території України і кранових навантажень, чим сформована статистична база для розрахунку надійності різних конструкцій.

3. Розвинуто представдання випадкових навантажень у вигля-

ді випадкових процесів та їх абсолютних максимумів, екстремумів, випадкових послідовностей незалежних, дискретних і коре-дьованих перевантажень, запропоновано методику їх порівніваль-ного аналізу. . .

4. Обгрунтовані знижені розрахункові значення кранових і вітрових навантажень, які магть різний період повторності, призначені для вкиваяня у розрахунках конструкцій на стадіях мон' таяу-, тимчасових посилень, реконструкції і в інаих випадках,

коли термін експлуатації конструкцій відрізняється від нормативного. Надано рекомендації по визначенню імовірносно забезпечених розрахункових величин снігових навантаяень і бокових сил мостових кранів. ... .. . .

5. Розроблено методику врахування сумісної дії атмосферних і кранових-назаатавзнь,. які маіжь різний частогаий склад

і складні, розподіли ординати, що дозволило уточнити коефіцієнти комбінацій, навантажень.

- б: Одзраано ряд оцінок надійності стисауго-згинаних. еяе- . ментів, що дало можливість проаналізувати надійність сталевих колон постійного перерізу . ’ ‘ •• . . ’

?. Вперше вирішно задачу оцінки надійності сталевих ступінчастих колон виробничих будівель, обгрунтована иоазстісгь •введення до їх розрахунку спеціального коефіцієнту- умов робота. : , . - ■■■'., -

8. Спінена надійність розповсюджених вузліз металевих конструкцій. ' , .

' 9. Одержані оцінки надійності сталевих статично незизна-

чених рам на базі методу станів і імозірносного методу граничної рівноваги, що дозволило провести ранзу.вання елементів за критерієм- надійності і викрити резерви несучої здатності статично незизначених рам, які,.запропоновано враховувати коефіцієнтом схешшї надійності . .

10. Запропоновано для норм проектування конструкцій, .на-заатагень і реконструкції, ряд коефіцієнтів надійності по на-заятагенЕВ,- комбінацій, умов роботи, деякі з них внесено до нормативних документів, - що повинно-дати значний економічний є£зкг ара забезпеченні достатньої надійності конструкцій.

: Основний зміст дисертації опублікований в слідуючих роботах: ■

1. Изосимов И .В., Фягаровский А:В., Шчугин С.Ф., Валь В.Н. Исследование силовых воздействий от мостовых кранов//Метаяличес-кие конструкции. Работа .шкода проф. Н.С.Сїрелецкогс. - М.: Стройиздат, 1566. - с. 164-178.

2. Кикия Л.И., оигаровский А.В., Пичугия С.Ф. -Экспериментальные данные о поперечных горизонтальных силах от разливочных краиов//Проыкщенвое строительство. - 1967. - й 12. -

с. 8-13. : .

3. Пичугин-С.О. Результаты статистического экспериментального исследования горизонтальных к вертикальных нагрузок мостовых кранов на конструкции промышленных зданий //Исследование к расчет строительных конструкций: Сб.яауч.ірудов МГШ, вш.

59. *- Магнитогорск, 1970. - с. 8-16. . '

4. Ійчугпа С.Ф. К исследованию крайних частей статистичес-

ких распределений /на примере нагрузок постовых кранов/ //Проблемы ладоЕностл .15 строительном проектировании. - Свердловск, 157?.. - с. 169-175. \ . • .

5. ТШугкн С.®. Особенности силовых воздействий мостовых

кранов различного назначения //Вопросы строительства и эксплуатации проыьилеппих зданий; Сб.науч.трудов МГШ, вып. 119. -Магнитогорск, 1973. - с. 32-42. .........

6. Шчугин С.5., Коклпхана А .її. Опенка . точносте расчета стальных большепролетных раы на нагрузку, прлдокегау-в к рогел» //Уеталляческие коноіружцяи: Сб ,науч .-трудов ЧШ Л 137. - Челябинск,- 1973. - с. 151-197.

7. Пичугин -С.Ф. Методика статистических исследований дей-

ствительной работы стальных конструкций проиылленных зданий //Материалы Ні Всес. конф. по .эксперимент, исследованиям ин?.. ссоруЕений. - Свердловск, 1973. - с. 87-52. .

8. Шчугин С.©Петренко В .В. Из опыта эксплуатации

стальных конструкций покрытий металлургического завода //Промышленное строительство. - 1974. - й 4. - с. 34-36. .

9. Пичугин С.Ф., Леванин ЮЛ., Анавыге Ю.А.-.Эксплуата-иконные повр-екдения стальных конструкций.мартеновских иехов /МШЙ. Магнитогорск. - 24 сЛеп. в ЦИНГОе Госстроя СССР 23.С6.74, Л1«.

10. Пичугин С.Ф., Левая ин С.П. Результаты экспериментального Езучензя вертикальных нагрузок мостовых кранов на колонны

мартеновских цехов //Изб. вузов. Стр. и арх-ра. - 1974. - £ 12.-с. 31-35.

11. Пичугин С.5. Особенности действительной работы стальных

открытых крановых эстакад//Пром. строительство и пне. сооруне- ' ния. - 1975. - & 2. - с. 35-37. .

12. Пичугин С.Ф., Леванин Е.П. Из опыта монтажа стальных,

трубчатых Ферм //Легкие металлические строительные конструкции:

Об, статей УПК. Свердловск, 1975, - с. 65-71. .

ГЗ. Пичупш С.Ф., Кравцов А .А. Внимание: 'авария! //Сельское строительство. - 1975. — К 7. - с. 25-26.

14. Пичугин С.5., Еварцбург Г.Б. Опыт эксплуатации стальных крановых эстакад учитывать припроектировании //Прои. строительство и инс. сооружения., - 1977. - И т., -с.'№-41.

15. Пхчугй С , Панинеьхк'л В .А., Б1бдк В.М. Не чопускати

теяйчного фшсу-У/Схдьське буз&шохво. - 1977. -*<6 10. - .

С. 16. .' '■ ■ ■ ': ; ' . " • ',

16. Пичугин С.Ф". Е определение/.вадешосте стальных ступен-частых скато-изогнутых колонн. //Лзгкие, стр. .коясфукивя покрытий зданий: Цехвуз, сб., вид. Ч. - Ростов-на-Дону, 1977. -

с, 106-гг г. ' ■ . .

17. Пичугин С.'Пикета С,А., Краков А .А. Долговечность ;

конструкций листопрокатного 1Д05Х. //прои. стр-во Е ИНГ. сооружения. - 1978. - £ I. - с. 22-2ч. ‘ ,

16. Пичугин С.Ф. Сценка вадаквооти.-стагьнюс СЕато-и'зогву-. гых элементов. //Строительная шханпка у расчет сооругевий. -1976. -Л3.~ с. 7-11. . . . " .

19. Еичугиа С.Ф., Паиинскик Б.А. К статастгчсскрыу анализу

нагрузок //Проблемы оптимизации и .вадишосгв'в. сгроятельиой механике: Тез. докл. воез. кон$:. Вкяьагз, 1979. - М.: Стройка- . дат, 1979. -.с..',127-128. ' . ' .

20. Паиинский В..А., Пичугин С.Ф. Сочетание уселкЕ от ат-

мосферных и крановых нагрузок //Проблемы оптимизации в'.казза-ности в стр. механике: Тез. докл. Всес. конф,. Вильнюс, 1983. -У.:.СтроЁиздаг, 1983. - с. .63-64. ' .

21 • £ Р^сЯоидите, РаН1си£аИф5 ас /а рго/есЬ'оп с/ез соп5%'гисИопъ еп стс/ег Дея сопс^Иолз -

СГ^1С^иеЗ с/е £сс яопе с/е (ри/г7ее//Р?0&РетеЗ СОпЗ^Ъ’исИогг еп сё’гта'^ ^ТОР1са£.— Соггсгк^уг

198в.~рЗ*-37. .................................................

22.S.Pitc&ouffuine. Ceitaines pazticut'a7/t<fs ae £ -t.vj-fyse. stocfiasficfues tfes st zcfiazcj&s ~їит cori-sitruciions des So. t і merits//Рїов femes defa con - -situation en c£imaf tropica?. — Cona/Cty, і986. -p. 85-Є4-.

23. Палинскай 3.A., Яичугин С.Ф. Надежность стальных конструкций производственных зданий при действии атмосферних и крановых загрузок //Проблемы оптимизация л надежности в стр. механике: Аннотации докл. Есес. конф. - Вильнюс, 1988. -с. 62.

2 4. Pi сfiugin S. F/ CnicAudn V.P. RefiaSiftiy estimation cf тесі undent reinforced concrete frame structures/JP?cc:ea'ingsof Me KX.it JntemationaB Conference afs Young Scientists in iAe Fieid of CondZe/ectncf ActnforcpdCenctreie.Votj-Jbte/tsfif 1990. ~p. 87-89.

25. Пичугин С.Ф., Чичулин З.П. Экспериментальная оценка факторов, влияющих на надеаность стальных рам промышленных . здазий //Бил. стр. техники. - 1950. -ДЗ. - с. 43.

26. Пкчугик С.5., Чичулин В.П. Снижение материалоемкости

статически неопределимых конструкций за счет применения' в расчетах методов теории надеїїяооти //Снинеяяе материалоемкости и трудозых ззтрат з строительстве: Сб. научн. трудов. - К.: -ЛЕС ВО, І99І.--С. 60-65. .

27. іїачугиа С.Ф., Семко А.З. Об. одной оценка надезности статически неопределимых упруго-пластических рай //Наденяость стр. конструкций: Ыеязуз. сб. научн. трудов. - Хуйбыиев.

ISSI. - с. 124-126.

28. Пичугая-С.Ф., Харченко С.А. Использование вероятност-

ных методов при проектировании промзданий о учетом вопросов экологии //Совершенствование проектных, ресанпй с учетом проблем экологии: Сб. научн. трудов. - К.: ЗЖ ВО, 1592. - ' ■

с. 84-90.

29. Пичугин С.Ф. Вероятностный расчет упругих сяато-изог-

нутых стержней //Изв. вузов. Стр-зо. - 1992. - Л 7-8. -0.128-132. , .

30. Пичугин С.Ф., Чичулин В.И. Опенка яадезностя стальных рам на основе метода предельного равновесия .-//Эффективные стр. материала и конструкции, используемые при воззедении зданий и сооружений: Сб. научн. трудов. - ЇС.: 7Ш ВО, 1992. - с. 30-36.

31. Пичугин С.Ф., Харченко Е.А. Вероятностная оаелка резерва усгойчивосги сжато-нзогнутых стержней //Пути повшенля эффективности строительства: Теы. сб. науч. трудов. - К.: ЙСИО, 1993. - с. 72-80. .