Математические модели и алгоритмы оценки безопасности встраивания новых строительных объектов

• Автор: Дыбрин, Андрей Алимович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 169 с. : ил.

Введение
1. Анализ проблемы безопасности строительных объектов и существующих подходов к моделированию процессов деформирования и разрушения системы зданнефундаментоснование ЗФО

1.1. Анализ.проблемы.безопасности строительных объектов

1.2 Основные причины и формы деформирования и разрушения многоэтажных зданий

1.3. Обоснование системного подхода к моделированию строительного объекта.

1.4. Анализ существующих моделей расчета здания совместно с фундаментом и основанием.
1.5 Аналитический обзор математических моделей описания механических свойств и критериев разрушения материалов системы зданиефундаментоснование
1.6 Обоснование выбора метода прочностного анализа зданий и сооружений и программного комплекса для его реализации.

1.7. Обоснование состава и структуры частных задач исследования.

1.8. Полученные результаты и выводы.

1.9. Постановка цели и задач исследований.

2. Создание базовой математической модели и ее численного аналога для прочностного анализа пространственной системы зданиефундаментоснование .
2.1. Применение метода конечных элементов для численной реализации математической модели прочностного анализа системы ЗФО
2.1.1. Разработка эффективного алгоритма построения конечноэлементной модели системы зданиефундаментоснование
.2 Вариационная постановка метода конечных элементов для численной реализации линейных краевых задач
2.2. Разработка алгоритмов численной реализации нелинейных краевых задач .
2.2.1. Алгоритм пошагового решения краевой задачи для упругохрупких материалов
2.2.2. Алгоритм1 метода последовательных приближений для упругопластичных материалов теории течения
2.3. Определение рационального коэффициента сдвига слоев в перевязанных швах кладки.
2.4. Разработка методики численного прогнозирования эффективных свойств кирпичной кладки модулей упругости, модулей сдвига и коэффициентов Пуассона
2.5. Исследование влияния упругих характеристик компонентов кирпича, раствора и металлических армирующих сеток на эффективные характеристики кладки .
2.6. Проведение численных экспериментов по исследованию процесса разрушения образца кирпичной кладки для построения полной диаграммы деформирования
2.7. Полученные результаты и выводы
3. Исследование границ применимости упрощенных расчетных моделей методом вычислительного эксперимента
3.1. Численная реализация базовой математической модели для расчета НДС пространственной системы ЗФО и анализ практической сходимости
3.1.1. Исследование сходимости решения иточности полученных результатов с помощью.метода подмоделей.
3.1.2. Тестирование используемой программы с помощью иетчтеста.
3.2. Численное моделирование, анализ качества решения и границ применения расчетной схемы здания в виде отдельной несущей стены .
3.2.1. Оценка практической сходимости и точности полученных результатов
3.2.2. Учет структурного разрушения материалов кирпичной кладки, и бетона при расчете несущей стены с оконными проемами
3.2.3. Сравнительный анализ границ применимости плоской и пространственной моделей
3.3. Анализ возможности моделирования здания без оконных и дверных Проемов
3.4. Исследование необходимости включения в расчет коробки здания при расчете фундамента .
3.5. Анализ возможности расчета фундамента по схеме плоской задачи и целесообразности учета нелинейных свойств грунта.
3.6. Исследование влияния размеров грунтового массива и гранич
ных условий на НДС здания в системе зданиефундаментоснование.
3.7. Полученные результаты и выводы
4. Результаты внедрения разработанных математических моделей и вычислительных технологий в процесс проектировании и реконструкции реальных строительных объектов
4.1. Ретроспективный анализ причин деформирования и разрушения жилого пятиэтажного кирпичного здания с использованием разработанной математической модели.
4.2. Разработка и применение вычислительной технологии решения пространственной задачи встраивания нового здания в существующую застройку. .
4.2.1. Численный анализ проекта фундаментной плиты под новое здание
4.2.2. Исследование влияния нового здания на существующие
4.2.3. Численные исследования по усилению фундаментов соседних зданий.
4.3. Численные исследования возможности безопасной реконструкции существующего здания на закарстованной территории.
4.3.1. Определение дополнительных осадок от пристраиваемых конструкций и анализ напряженнодеформированного состояния здания и фундамента.
4.3.2. Анализ напряженнодеформированного состояния здания
и фундамента с учетом возникновения карстовых воронок
4.3.3. Численный анализ конструкции усиления существующего здания.
4.4. О необходимости использования пространственной модели системы ЗФО для Обоснования решения о возможной реконструкции здания, расположенного на площадке с уклоном.
4.5. Полученные результаты и выводы
Заключение.
Список литерату


Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложения с актом о внедрении и использовании результатов работы, изложенные на 9 стр. В работу включены 9 рис. Глава 1. Анализ проблемы безопасности строительных. Каждое здание, сооружение или отдельная конструкция имеет определенное назначение и эксплуатируется в определенных условиях. В зависимости от назначения определяется степень капитальности, уровень ответственности и значимость объекта для общества, выявляются связи с другими объектами, оцениваются последствия от аварийного прекращения функционирования. Условия эксплуатации связаны с конкретным районом строительства с его климатическими параметрами, атмосферными, сейсмическими воздействиями, характеристиками грунтов и др. Все это учитывается при формулировке требований, которым должны удовлетворять здания и сооружения. В данной работе строительные объекты рассматриваются с точки зрения удовлетворения требованиям безопасности, т. До недавнего времени проблема безопасности не фиксировалась в нормативных документах РФ. Н.С. Стрелецкого 0, В. А. Балдина, В. М. Келдыша, И. И. Гольденблата 6 и др. В настоящее время расчет по предельным состояниям положен в основу стандарта ИИ системы Еврокодов 5, где он называется методом частных коэффициентов надежности, и где более, четко определена формулировка 1го предельного состояния, ведущего к полной непригодности объекта к эксплуатации, котораяцеликом относится к физикомеханическим явлениям и связана именно с безопасностью строительного объекта. На современном этапе в строительном проектировании происходит переход от основополагающего критерия несущей способности конструкций к критерию безопасности зданий и сооружений и предстоит большая работа по созданию и переработке целого ряда норм и стандартов. Любой достаточно крупный город на определенной стадии своего развития сталкивается с проблемой дефицита свободных площадей под застройку, особенно в деловом центре. Проблемы площадей решаются за счет встраивания в тесную городскую застройку новых зданий, реконструкции и модернизации существующих зданий, устройством дополнительных. Все это вызывает дополнительные нагрузки насуществующие объекты и в некоторых случаях их деформации или разрушения. Эти здания находятся на территориях с уже развитой жилищной инфраструктурой на престижных землях и очень привлекательны с экономической точки зрения для муниципальных властей и инвесторов. Центры многих Российских городов застроены трехпяти этажными кирпичными зданиями. Способы нормирования безопасности связаны с количественными и качественными. А для этого, по нашему мнению, требуется разработка системы оценок по целому комплексу показателей и критериев, важность которых определяется назначением, условиями работы конструкций, инженерной практикой и многими другими факторами. Правда, как справедливо отмечается в работе 8, нормы всегда будут преследовать, прежде всего, утилитарные цели, они всегда будут отличаться от теории и будут использовать собственные удобные для практики упрощения. Многокритериальная оценка безопасности конструкций может осуществляться по следующим параметрам запас прочности отношение предельных нагрузок к эксплуатационным надежность вероятность безотказной работы жгивучесть способность оказывать сопротивление внешним нагрузкам на стадии формирования и роста систем трещин или разрушения части элементов. Следует отметить важный аспект, отличающий понятие надежности от понятия безопасности. При рассмотрении надежности практически не рассматривается само состояние отказа, включая и аварийный отказ . Здесь важен сам факт его достижения или недостижения и вероятность такого события. В случае рассмотрения проблемы безопасности в целом, предметом исследования становится и сама авария. Аварии представляют собой частичное или полное разрушение конструкций. Анализ случившихся аварий 1, 1, 0, 8 свидетельствует о том, что они часто происходят в результате одних и тех же причин и ошибок, на которых мы остановимся ниже. Осознанное и целенаправленное использование понятия живучести впервые было сформулировано академиком А.