Оптимизация железобетонных плит перекрытий по критерию минимальной стоимости и ограничениям с учетом анализа риска

• Автор: Филимонова, Екатерина Александровна
• Шифр специальности: 05.23.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 240 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОПТИМИЗАЦИИ И МЕТОДАМ РАСЧЕТА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

1.1 Обзор исследований в области оптимизации железобетонных конструкций

1.2 Обзор теоретических и экспериментальных исследований работы железобетонных плит

1.2.1 Основные методы расчета изгибаемых железобетонных плит

1.2.2 Особенности работы изгибаемых железобетонных плит

с учетом физической нелинейности

1.3 Обзор исследований работы железобетонных конструкций при аварийных динамических воздействиях

1.4 Обзор исследований в области теории надежности конструкций

1.5 Обзор исследований в области теории риска и обеспечения безопасности
1.6 Выводы по главе I
ГЛАВА II. РАЗРАБОТКА РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИЙ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ЗАДАЧАМ ОПТИМИЗАЦИИ
2.1 Общий подход к формированию расчетной модели железобетонных плит
2.2 Расчет железобетонных плит перекрытий в эксплуатационной стадии
2.2.1 Расчетная модель плит, опертых по контуру
2.2.2 Расчетная модель безбалочных плит перекрытий с учетом особенностей узловых сопряжений
2.3 Работа безбалочной плиты перекрытия при отказе несущей конструкции
2.3.1 Критерии предельного состояния при расчете конструкции на кратковременные динамические нагрузки
2.3.2 Расчет безбалочных плит перекрытий с учетом динамических эффектов, вызванных внезапным отказом несущей опорной конструкции
2.4 Выводы по главе II
ГЛАВА III. ПОСТРОЕНИЕ КРИТЕРИЕВ ОПТИМИЗАЦИИ И ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ЦЕЛЕВОЙ ФУНКЦИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ С УЧЕТОМ АНАЛИЗА РИСКА
3.1 Построение целевой функции с учетом экономичности и технологичности

3.2 Оптимизация конструкций с учетом надежности и безопасности
3.2.1 Определение и учет эксплуатационных затрат, связанных с варьируемыми параметрами
3.2.2 Расчет показателей начальной и эксплуатационной надежности железобетонных конструкций
3.3 Формирование структуры целевой функции с учетом анализа риска
3.3.1 Идентификация и ранжирование сценариев развития риска
3.3.2 Качественные методы анализа и оценки риска аварий
3.3.3 Количественные методы анализа и оценки риска обрушения плиты перекрытия в случае отказа несущих конструкций
3.4 Выводы по главе III
ГЛАВА IV. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПОИСКОВОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИЙ ПО КРИТЕРИЮ МИНИМАЛЬНОЙ СТОИМОСТИ
4.1. Формулировка критерия оптимальности и комплекса ограничений параметров с
учетом совокупности требований, предъявляемых к конструкции
4.1.1 Критерии оптимизации и виды целевых функций
4.1.2 Формирование граничных условий плиты на основе расчетной
модели
4.2 Разработка поисковой процедуры, ускоряющей сходимость у границы допустимой
области
4.3. Общий алгоритм оптимизации изгибаемых железобетонных плит
4.4. Численные примеры оптимизации железобетонных плит
4.5. Выводы по главе IV
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение А. Программа оптимизации железобетонных плит «OPTIMIZATION» на алгоритмическом языке Python 3.
Приложение Б. Нормативы амортизационных отчислений на реновацию конструкции
Приложение В. Характерные точки процедуры поиска оптимальных параметров безбалочной плиты перекрытия
Приложение Г. Справки о внедрении, свидетельство о регистрации программы, дипломы

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы диссертации. Проблема надежности и экономичности строительных конструкций относится к числу основных проблем, выдвинутых на первый план непрерывно увеличивающимся объемом строительства и возрастающими требованиями к его качеству. Полноценное решение может быть достигнуто при комплексном осуществлении необходимых мероприятий на всех стадиях возведения и эксплуатации строительных конструкций.
Важнейшими элементами здания являются междуэтажные перекрытия, на которые расходуется 20-25% стали и 20% бетона от общей потребности в этих материалах для всего здания. Очевидно, что даже небольшая экономия затрат может дать огромный экономический эффект, поэтому научные исследования, направленные на уточнение действительной работы перекрытий, совершенствование методов расчета и оптимизации параметров конструкции, являются актуальными.
Целью оптимизации железобетонных плит является нахождение рационального решения, которое удовлетворяло бы таким основным требованиям как прочность, надежность, безопасность. Стремление наиболее полно удовлетворить одному из этих требований часто приводит к недовыполнению требования экономичности, что обуславливает главную трудность проектирования.
Важным моментом при оптимальном проектировании конструкций является разработка методики расчета плит перекрытий в условиях нормальной эксплуатации и при возможной аварийной ситуации. Современными российскими и зарубежными нормами предписывается выполнять расчет и конструирование элементов с учетом риска возникновения отказа конструкций.
Традиционные методы проектирования с учетом аварийных воздействий вызывают необходимость существенно увеличивать запасы материалов. Выявление резервов экономии материалов конструкций в такой ситуации является актуальной задачей. Реализация возможна за счет уточнения расчетной модели и оптимизации параметров конструкций, а также учета при проектировании риска отказа и возможного ущерба. Важным фактором в уточнении моделей исследуемых конструкций является учет вероятностных свойств нагрузок, а также- свойств и характеристик конструкций. Внедрение вероятностных методов расчета в практику проектирования даст возможность более полно учитывать реальные свойства материалов и конструкции, что приведет к экономии материальных ресурсов при обеспечении их допустимой надежности. Оптимальное проектирование непосредственно связано с созданием и внедрением

для многосторонней оценки конструктивной безопасности систем при различных воздействиях. Тем не менее, общая теория для решения проблемы конструкционной безопасности далека от становления. При разработке теории необходимо учитывать риск возникновения аварийных ситуаций. Целью таких расчетов является выяснение факта наступления того или иного предельного состояния.
1.4 Обзор исследований в области теории надежности конструкций
Проблема оптимизации строительных конструкций имеет много аспектов. Прежде всего, это методологический подход к оптимизации. Основными требованиями к несущим конструкциям наряду с прочностью становятся их надежность и долговечность. Несущие конструкции зданий и сооружений должны выполнять свои функции в течение предусмотренного срока службы. Это значит, что они должны с большой вероятностью выдерживать все внешние воздействия, которые могут возникать во время строительства и эксплуатации. Уровень способности конструкции выполнять свои функции в течение заданного промежутка времени, то есть уровень надежности, формируется в результате проектирования конструкции.
Надежность конструкции - комплексный показатель качества, характеризующий способность конструкции сохранять заданные эксплуатационные свойства в течение определенного срока службы.
Главная задача строительного проектирования создание конструкций максимально экономичных и максимально надежных. Повышение надежности ведет к удорожанию конструкции, удешевление конструкции связано со снижением надежности. Цель проектировщика — разрешить противоречие между требованиями экономичности и надежности.
В качестве основного параметра надежности принимается вероятность безотказной работы конструкции и ее обратная величина - вероятность отказа, которая определяет переход конструкции из работоспособного состояния в неработоспособное.
Одним из ключевых показателей надежности является функция надежности:
РЦ) = Р{Т>1), (1.63)
где Т - наработка до отказа; ?- заданная наработка.
Таким образом, функция надежности есть вероятность того, что система может исполнять требуемую функцию в данных условиях для данного интервала времени (0, (). В общем случае вероятность безотказной работы определяют по формуле:

P(t) = exp —J X(u)du L о
где А(«) — интенсивность отказов системы в момент времени t = it.
(1.64)