ВІДКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО

УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ

ТА ПРОЕКТНИЙ ІНСТИТУТ СТАЛЕВИХ КОНСТРУКЦІЙ

ІМЕНІ В.М. ШИМАНОВСЬКОГО

ШИРШОВ Валерій Георгійович

УДК 629.7

НАДІЙНІСТЬ БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ ВІДПОВІДАЛЬНИХ ОБ'ЄКТІВ ПРИ ВПЛИВІ ОСОБЛИВОГО ВИДУ ДИНАМІЧНОГО НАВАНТАЖЕННЯ

05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ-2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі “Комп'ютерні технології будівництва” Національного авіаційного університету Міністерства освіти і науки України, м. Київ.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Верюжський Юрій Васильович,

Національний авіаційний університет,

завідувач кафедри “Комп'ютерні

технології будівництва”.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук

Перельмутер Анатолій Вікторович, Український інститут досліджень навколишнього середовища і ресурсів, головний науковий співробітник, м. Київ;

кандидат технічних наук

Мар’єнков Микола Григорович,

Науково-дослідний інститут будівельних конструкцій, завідувач лабораторії динамічних випробувань будівельних конструкцій, м. Київ.

Провідна установа: Донбаська державна академія будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, м. Макіївка.

Захист відбудеться 10 червня 2004 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.857.01 у Відкритому акціонерному товаристві Український науково-дослідний та проектний інститут сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського за адресою: 02660, МСП-660, м. Київ, просп. Визволителів, 1.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Відкритого акціонерного товариства Український науково-дослідний та проектний інститут сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського за адресою: 02660, МСП-660, м. Київ, просп. Визволителів,1.

Автореферат розісланий 06.5.2004 р.

Учений секретар спеціалізованої

вченої ради К 26.857.01,

д.т.н., професор О.І. Оглобля

Актуальність теми. Забезпечення надійності і безпеки функціонування будівель і споруд особливої соціальної й економічної значимості, що відносяться до класу відповідальних об'єктів, реалізується не тільки для нормальних умов експлуатації, але і при надзвичайних ситуаціях і впливах особливих видів динамічних навантажень.

Одним з найнебезпечніших видів динамічного впливу є падіння повітряного судна. Головною особливістю даного виду навантаження є велика інтенсивність, комплексний характер впливу, рідкий і випадковий характер її прояву.

Необхідність врахування наслідків падіння повітряного судна ґрунтується в результаті аналізу повітряної обстановки в районі розташування відповідального об'єкта або оцінки імовірності падіння повітряного судна.

При врахуванні падіння повітряного судна Аналіз повітряної обстановки в районі розташування відповідального об'єкта або оцінка імовірності падіння є підставою для врахування можливих аварійних факторів, що можуть бути наслідками катастрофи повітряного судна. до розгляду приймаються консервативні умови: максимальні динамічні характеристики – швидкість і маса повітряного судна, найбільш небезпечний кут падіння.

Існуюча щільна мережа повітряних трас і коридорів динамічно розвивається і залишає усе менше вільного простору на землі для зведення будівель і споруд таким чином, щоб виключити негативний вплив і забезпечити конструкційну й екологічну безпеку об'єкта від падіння повітряного судна. З іншого боку, “безпечні” ще якийсь час тому авіалінії на сучасному етапі цілком можуть вважатися джерелами потенційної загрози, особливо з урахуванням постійного росту розрахункових динамічних характеристик повітряних суден. Крім того, є цілком імовірним поява ситуації, коли повітряній рух у районі розташування відповідального об'єкту стає дійсно необхідним.

Випадковий характер падіння і динамічних параметрів повітряного судна припускає проведення науково-технічних досліджень з використанням сучасних наукових методів - сукупності методик, що служать для визначення потенційно можливих сценаріїв аварій (катастроф) і оцінки імовірності і наслідків реалізації цих сценаріїв. Результатом застосування математичного моделювання є висновок про напружено-деформований стан конструкцій, параметри конструктивної і екологічної безпеки функціонування об'єкта при надзвичайній ситуації, розроблення заходів щодо підвищення рівня надійності і безпеки.

Актуальність роботи пов’язана з аналізом безпеки функціонування об'єкту “Укриття” в рамках наукових програм по перетворенню цього відповідального об'єкта в екологічно безпечну систему та наукових програм по оцінці рівня безпеки атомних енергоблоків на Хмельницький та Рівненський АЕС.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розроблення методики оцінки надійності і конструкційної безпеки відповідальних об'єктів конструкцій, визначення величини ризиків, що характеризують динамічний вплив на будівельні конструкції від падіння повітряного судна.

Досягнення зазначеної мети здійснюється послідовним рішенням таких задач:

- обґрунтування, розроблення і реалізація математичних моделей для опису динаміки руху повітряного судна при його падінні, аварійних сценаріїв надзвичайних ситуацій, імовірних параметрів запроектних впливів;

- дослідження параметрів напружено-деформованого стану будівельних конструкцій, які найбільш повно і точно враховують специфіку динамічного навантаження;

- розвиток методів оцінки надійності відповідальних об'єктів для аналізу конструкційної й екологічної безпеки внаслідок прояву надзвичайної ситуації;

- формалізація рекомендацій із приведенням розрахункових параметрів надійності і безпеки будівельних конструкцій до їхніх припустимих значень.

Об'єктом дослідження є конструкційна безпека відповідальних об'єктів при надзвичайних ситуаціях.

Предметом дослідження є методика оцінки надійності будівельних конструкцій при врахуванні специфіки навантаження від падіння повітряного судна.

Методи досліджень. В основу розробленої методики покладено спільне використання ефективних детерміністичних методів математичного моделювання при імовірному трактуванні розрахункових параметрів з використанням автоматизованих засобів досліджень і проектування.

Наукову новизну отриманих результатів складають:

- математичні моделі будівельних конструкцій відповідальних об'єктів, що знаходяться під впливом динамічного навантаження від падіння повітряного судна.

- алгоритм формування вихідних факторів для опису надзвичайної ситуації - катастрофи повітряного судна;

- скінченоелементна модель об’єкта “Укриття” для визначення характеристик напружено-деформованого стану будівельних конструкцій, у якій враховано специфіку конструктивних рішень і інші особливості відповідального об'єкта, характеристики динамічного навантаження, відмінні від нормативних параметрів;

- результати чисельних досліджень.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблена методика може бути використана для аналізу конструктивної й екологічної безпеки відповідальних об'єктів при надзвичайних ситуаціях і запроектних впливах. Застосування математичного апарата теорії ризиків дозволяє одержати оцінку надійності і безпеки будівельних конструкцій, порівняти припустимі і розрахункові значення ризиків, обґрунтувати кількісні значення розрахункових динамічних параметрів і імовірність катастрофи повітряного судна.

Результати дисертаційної роботи використовувалися при проведенні науково-дослідних робіт в НДІ механіки швидкоплинних процесів (Національний авіаційний університет) з аналізу надійності і безпеки будівельних конструкцій і технічного устаткування, розташованих на об'єктах атомної енергетики, в том числі при виконанні науково-технічних досліджень безпеки будівельних конструкцій об'єкта “Укриття”.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися на:

- III, IV, V Міжнародних науково-технічних конференціях “АВІА-2001”, “АВІА-2002”, “АВІА-2003”, (Київ, 2001, 2002, 2003), на XVII-XIХ науково-технічних конференціях викладацького складу Національного авіаційного університету (Київ, 1997-2000);

- XVIII Міжнародної конференції “Математичне моделювання в механіці суцільних середовищ на основі методів граничних і скінчених елементів” (Санкт-Петербург, 2000);

- науково-технічної ради ВАТ Український науково-дослідний і проектний інститут сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського (Київ, 2003).

Публікації. Основні результати по темі дисертації опубліковані в семи наукових працях, у тому числі три статті у фахових наукових виданнях і чотири матеріалах і тезах конференцій.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, додатків і бібліографії. Вона містить 159 сторінок, з них 127 основного тексту, 37 рисунків, 50 таблиць, список використаної літератури, що включає 150 найменувань на 12 сторінках, і додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність розроблення методики оцінки надійності і безпеки будівельних конструкцій відповідальних об'єктів, що знаходяться під впливом динамічного навантаження від падіння повітряного судна.

У першому розділі проведені огляд і аналіз літературних джерел, присвячених темі дисертації, сформульовані задачі дослідження.

Серед призначених класів відповідальності особливий інтерес викликають об'єкти, що мають унікальне економічне і/або соціальне значення. Головною особливістю, який характеризується розглянутий клас будівель і споруд, є пред'явлення виняткове високих вимог до надійності і безпеки їх функціонування.

Порушення технологічного регламенту роботи цих об'єктів приводять до виникнення екстремальних ситуацій, економічним і соціальним втратам на значних територіях. У відповідних нормах проектування при розрахунку будівельних конструкцій відповідальних об'єктів до уваги приймаються можливі динамічні навантаження великої інтенсивності, хоча частота їхньої появи невелика і може бути віднесена до рідких подій:

- навантаження, викликані аваріями або несправністю технологічного устаткування усередині самого об'єкта;

- навантаження, викликані технологічними аваріями і катастрофами інших об'єктів, що знаходяться на деякій відстані від розглянутого об'єкта;

- стихійні лиха і природні катаклізми;

- зовнішні навмисні дії, які спрямовані на погіршення технологічних процесів або знищення об'єкта (терористичні акти).

На безпеку функціонування об'єкта впливають проектні рішення по формуванню конструктивної схеми, фізико-механічним характеристикам і параметрам будівельних матеріалів і конструкцій, методи зведення і контролю якості будівельних робіт. Особливе значення мають методи розрахунку будівельних конструкцій, що передбачені у відповідних розділах нормативних документів.

Якщо розширити аналіз напружено-деформованого стану, включивши в нього дослідження імовірностей прояву факторів, що викликають відмовлення, а також можливих негативних наслідків відмовлення (руйнування) будівельних конструкцій, то можна говорити про оцінку ризику безпеки відповідального об'єкта. Основу математичної теорії ризику складає допущення про те, що будь-яка будівельна конструкція неминуче піддається ризику під час свого функціонування. Оцінка ризику може бути отримана в результаті систематичного аналізу наступних питань:

- які неспріятливі фактори необхідно прийняти до розгляду?

- які наслідкі варто очікувати?

- як велика імовірність їхнього прояву?

Параметри ризиків, які отримані в результаті проведення аналізу, можуть бути основою для висновку про рівень конструктивної й екологічної безпеки відповідального об'єкта.

Основи сучасного методу розрахунку будівельних конструкцій по граничних станах розглянуті в працях Балдіна В.А., Гольденблата И.И., Барштейна М.Ф., Бородачьова Н.И., Болотіна В.В., Острейковського В.А., Ржаницина А.Р., Синицина А.П., Хенли Э., Риера Дж. Д., Райзера В.Д. Розвиток методу граничних станів стосовно надійності і безпеки будівельних конструкцій викладено в роботах С.Г. Шульмана, Г.С. Шульмана, Бирбраера А.Н., Гнеденка Б.В., Ізмалкова В.И., Корзова Г.П., Кирилова А.П., Рябініна И.А., Сухова Ю.Д., Соловйова А.Е.

Умова неперевищення граничного стану

, (1)

де - коефіцієнти надійності по навантаженню, матеріалові, призначенню конструкції, умовам роботи; - навантаження, Rp - міцність матеріалу.

Умова (1) розглядається для двох груп граничних станів і в схожому виді приводиться в різних вітчизняних і закордонних нормативних документах. Відмовлення будівельних конструкцій об'єкта може відбутися при досягненні граничного стану в результаті руйнування по нормальному або похилому перетині. Критерій відмовлення будівельних конструкцій може мати вигляд:

, (2)

де - максимальні зусилля в перетинах, рівнобіжних осям OX і OY, при розташуванні навантаження в різні місця конструкції; N – повздовжня розрахункова сила; - значення зусиль, що допускаються.

Виконання хоча б одного з нерівностей (2) означає відмовлення і руйнування будівельної конструкції. У більшості випадків розрахунок будівельних конструкцій на дію динамічного навантаження здійснюється в статичній або квазі статичній постановці.

Специфіка впливу динамічного навантаження від падіння повітряного судна має наступні особливості:

- імовірність прояву даного фактора мала, а виникаючі при впливі на будівельні конструкції зусилля є значними і потребують захисних споруд великих розмірів і перетинів;

- падіння повітряного судна є результатом відмовлення (катастрофи) складної системи, у керуванні якої може прийнять участь людський фактор.

Розрахунковими нормативними параметрами є маса і швидкість падаючого повітряного судна.

Для практичного проектування у Швейцарії і Бельгії розглядається падіння літака масою m=90-100 т при швидкості v=85-100 м/с; для Швеції приймається до уваги падіння легкого літака масою m=5,7 т при швидкості v=45-130 м/с; для Німеччини враховується падіння військового літака масою m=20 т при швидкості v=215 м/с. У СРСР передбачалися такі значення: маса літака m=20 т при швидкості v=200 м/с.

Визначення величини розрахункового навантаження є основним питанням дослідження конструкційної надійності відповідального об'єкта. Задача носить складний характер у силу наступних особливостей:

- рух падаючого повітряного судна може відбуватися по повехни будівельної конструкції в різних діапазонах швидкостей, кутів додатка навантаження, а також маси повітряного судна;

- будівельна конструкція може бути як у виді твердого недеформуємого тіла так і податливою перешкодою;

- у процесі руху частина енергії зіткнення витрачається на деформацію елементів конструкції повітряного судна, різні маси деформованої і недеформованої частин здійснюють рух з різними швидкостями;

- велика розмаїтість конструктивних схем повітряних судів характеризує складну схему формування параметрів навантаження.

Приклади моделей навантаження від падіння повітряного судна розглянуті в роботах Бирбраера А.Н., Шульмана С.Г., Ю.Э. Синіцького, Келли Дж. Л.

З погляду нормативних документів, імовірність падіння повітряного судна на будівельні конструкції визначається у випадках:

- падіння повітряного судна відбувається в безпосередній близькості від розглянутого об'єкта;

- розрахункова величина імовірності падіння повітряного судна перевищує припустиме значення.

Нормативні значення імовірності являють собою деяке узагальнення статистичних критеріїв розглянутих подій. Спрощені методи визначення імовірності падіння повітряного судна на основі статистичної обробки винятково катастроф не є достатньо точними аргументами для аналізу реальної повітряної обстановки і розглядаються як попередню оцінку імовірності падіння повітряного судна.

Динамічні параметри повітряного судна в аварійній конфігурації можуть помітно відрізнятися від нормативних значень. Тому вирішальне значення має розроблення математичної моделі, що конкретизує тип повітряного судна, динамікові руху в районі розташування відповідального об'єкта, перелік вихідних аварійних факторів, що можуть привести до катастрофи.

В другому розділі проведен аналіз імовірності прояву рідкої випадкової події - падіння повітряного судна.

Сучасна авіаційна транспортна система (АТС) характеризується, як складна сукупність великого числа взаємозалежних компонентів. Питання безпеки АТС знайшли відображення в роботах Бамбуркіна А.П., Баранова А.М., Верещагіна А.Я., Єлістратова Е.Н., Жульова В.И., Комарова А.А., Крохина З.Т., у великій кількості нормативних документах, що регламентує всі аспекти діяльності компонентів, що складають АТС. Центральною ланкою математичної моделі АТС є її головний елемент -“екіпаж-повітряне судно”. Саме ця підсистема генерує аварійні фактори, унаслідок яких виникає можливість падіння (катастрофи) повітряного судна.

Для розроблення моделі використовується граф станів АТС, що реалізує протікання марковського процесу типу “загибель і розмноження” (рис.1). У якості невідомих розглядаються детерминоване число станів АТС (підсистеми “екіпаж-повітряне судно”). Можливість перебування системи в прийнятих станах характеризується деяким значенням імовірності.

Рис.1. Граф станів АТС

Для будь-якого моменту часу сума імовірності станів дорівнює одиниці:

(3)

Завдання полягає у визначенні для будь-якого моменту часу імовірності станів . Імовірності станів задовольняють системі диференціальних рівнянь, що описують розглянуту систему (4).

Визначення коефіцієнтів системи диференціальних рівнянь виконується різними методами. Найбільший інтерес для аналізу представляє стан P4(t), що називається катастрофічним і фактично означає падіння повітряного судна.

Нормативне значення імовірності перебування АТС у катастрофічній ситуації оцінюється величиною 10-7 рік-1.

У третьому розділі розглянуті питання, зв'язані з визначенням характеристик напружено-деформованого стану несучих будівельних конструкцій. Як розрахункове навантаження приймаються динамічні впливи значної інтенсивності.

Основні етапи проведення досліджень:

- характеристика об'єкта і постановка задачі;

- збір вихідних даних;

- розробка математичної моделі;

- обґрунтування виду і значення розрахункового навантаження;

- визначення параметрів напружено-деформованого стану елементів моделі.

Загальна методика досліджень реалізована на прикладі досліджень конструкційної безпеки відповідального спорудження - об'єкта “Укриття 4-го блоку ЧАЕС” (рис.2).

а) | б)

Рис.2. Об’єкт “Укриття”. а) загальний вид; б) конструкційна схєма

Основною особливістю розглянутого об'єкта є та обставина, що він залишається потенційно небезпечним об'єктом.

Конструктивна схема будівлі складається з:

- ушкоджених елементів і вузлів зруйнованого 4-го енергоблоку ЧАЕС;

- будівельних конструкцій, зведених у процесі ліквідації наслідків аварії;

- елементів технологічного устаткування, фактично виконуючі функції несучих будівельних конструкцій;

- завалів і уламків будівельних матеріалів і конструкцій.

Комплексна конструкційна й екологічна безпека системи багато в чому визначається ризиком обвалення несучої і структури, що обгороджує.

Концепція поетапного перетворення об'єкта “Укриття” в екологічно безпечну систему передбачає проведення комплексу робіт зі стабілізації і посилення несучих конструкцій; будівництву нового об'єкта “Укриття-2”.

Цілком імовірно, що в ході виконання робіт не удасться відмовитися від використання повітряних судів. Виконання польотів може привести до падіння повітряного судна на несучі будівельні конструкції і ініціювати руйнування відповідального об'єкта. Постановка задачі передбачає оцінку параметрів напружено-деформованого стану несучих будівельних конструкцій об'єкта “Укриття” при падінні повітряного судна – вертольота Мі-8 в розрахункових умовах.

Таблиця 1

Вихідні динамічні параметри навантаження

Розрахунковий параметр | Значення

Максимальна злітна маса вертольота, т | 12

Висота польоту по колу в районі об'єкта “Укриття”, м | 200

Мінімальна швидкість польоту по колу, км/год | 60

Радіус кола польоту, м | 150

Мінімальна відстань вертольота від об'єкта “Укриття”, м | 90

Максимальна відстань вертольота від об'єкта “Укриття”, м | 210

Для формування математичної моделі несучих конструкцій використані вихідні дані про геометричні і міцні характеристики будівельних матеріалах і конструкціях, що доповнені веріфікованимі даними про параметри дефектів і ушкоджень, отриманих у результаті аварії.

Розрахункові динамічні параметри (маса і швидкість) отримані за умов розрахунку динамічної моделі руху падаючого повітряного судна в аварійній конфігурації. Для опису навантаження прийнятий статичний підхід, у якому динамічний вплив враховується коефіцієнтом динамічності в консервативній постановці.

Відсутність можливості точної оцінки поточного і прогнозного напружено-деформованого стану будівельних конструкцій по діючих нормативних методиках визначило необхідність чисельного моделювання параметрів стану елементів “Укриття”, врахувати специфіку конструктивних рішень і інші особливості об'єкта.

Для розрахунків використаний сучасний ефективний метод (МСЕ), реалізований у програмному середовищі автоматизованого проектування SCAD.

Чисельні дослідження виконани у два етапи:

- визначення параметрів напружено-деформованого стану несучих елементів покриття (рис.3);

- визначення параметрів напружено-деформованого стану опірних конструкцій об'єкта “Укриття”;

Рис.3. Скінченолементна модель
елементів покриття | Рис.4. Розрахункові
зони покриття

На першому етапі розрахункові параметри несучих елементів покриття визначені для дев'яти можливих зон розрахункового навантаження (рис.4).

На другому етапі розрахунків визначені параметри напружено-деформованого стану опорних несучих конструкцій об'єкта (рис. 5).

Рис.5. Фрагмент розрахунковий схєми опірного вузла балок покриття

Як розрахункове навантаження прийняті значення опорних реакцій несучих елементів покриття, отримані на першому етапі розрахунків і навантаження від власної ваги елементів покриття.

Розрахункові параметри напружено-деформованого стану несучих будівельних конструкцій не перевищують критерію руйнування.

(5)

Для проведення аналізу ризиків (як значення функції наслідків) прийняті максимальні абсолютні значення головних напружень, які були отримані в скінчених елементах, що описують найбільш складну частину опорних конструкцій (рис.6).

а)

б)

Рис.6. Розподіл напружень в елементах стіни по осі 50 на відм. 50.000

а) нормальних напружень ; б) нормальних напружень

У четвертому розділі приводиться рішення задач, зв'язаних із проведенням етапів оцінки ризиків:

1. Визначення припустимого ризику відмовлення (руйнування) будівельних конструкцій.

2. Визначення розрахункового ризику відмовлення будівельних конструкцій:

- розрахунок імовірності перебування повітряного судна в катастрофічній ситуації без прояву аварійного фактора в польоті;

- розрахунок імовірності перебування повітряного судна в катастрофічній ситуації з урахуванням можливого прояву аварійного фактора в польоті;

- розрахунок імовірності перебування повітряного судна в катастрофічній ситуації при використанні значень аварійної інтенсивності.

3. Оцінка припустимого і розрахункового значень ризиків.

4. Формалізація рекомендацій зі зниження рівня ризиків.

Кількісне значення припустимого і розрахункового значень ризиків визначається по формулі

(6)

Величина параметра F для припустимого значення ризику [R] приймається за критерієм руйнування (5), а для розрахункового значення ризику – по параметрах напружено-деформованого стану несучих будівельних конструкцій відповідального об'єкта.

Значення імовірності падіння (катастрофи) повітряного судна Р на будівельні конструкції відповідального об'єкта для припустимого значення ризику приймається за нормативним значенням Р=10-7 рік-1, який прийнято для кількісної оцінки можливості реалізації рідкої події.

Для визначення розрахункового значення імовірності падіння розроблено сім моделей катастроф вертольота Мі-8, у яких аналізуються дії технічних систем і людського фактора по ліквідації аварійної ситуації над відповідальним об'єктом для прийнятих умов виконання польотів.

Використовується оптимістична і песимістична оцінка точності роботи технічних систем і екіпажа повітряного судна (рис. 7).

а)

б)

Рис.6. Розподіл імовірності катастрофи повітряного судна

а) при оптимістичній оцінці; б) при песімістичній оцінці

Результат порівняння припустимого і розрахункового ризиків відмовлення несучих конструкцій об'єкта “Укриття” представляється у виді

R < [R] (7)

Розрахункове значення ризику катастрофи повітряного судна перевищує припустиме значення для однієї з прийнятих моделей катастроф (при песимістичній оцінці спрацьовування технічних систем і людського фактора). Для цього випадку розроблена ієрархія підходів по зниженню величини розрахункового ризику до припустимого значення. У результаті отримані розрахункові параметри динамічного навантаження, що забезпечують припустимий рівень ризиків.

Таблиця 2

Розрахункові динамічні параметри навантаження

Розрахунковий параметр | Значення

Максимальна злітна маса вертольота, т | 12

Висота польоту по колу в районі об'єкта “Укриття”, м | 200

Мінімальна швидкість польоту по колу, км/год | 60

Радіус кола польоту, м | 150

Мінімальна відстань вертольота від об'єкта “Укриття”, м | 90

Максимальна відстань вертольота від об'єкта “Укриття”, м | 210

ВИСНОВКИ

1. Розроблено методику оцінки надійності і безпеки будівельних конструкцій відповідальних об'єктів при надзвичайній ситуації. Розроблено математичні моделі динаміки руху при катастрофи повітряного судна. Використана імовірна оцінка для обґрунтування розрахункових параметрів, що характеризують специфіку динамічного впливу. Обґрунтовано можливість корегування нормативних значень динамічних параметрів навантаження.

2. Реалізовано методику математичного моделювання будівельних конструкцій з використанням скінченоелементної моделі, у якій враховані конструктивні рішення і технологічні особливості відповідального об'єкта.

3. Проведено чисельні дослідження відповідального об'єкта з використанням автоматизованих засобів досліджень і проектування. Визначено критерій руйнування і параметри напружено-деформованого стану елементів покриття й опорних конструкцій.

4. Отримани кількісні параметри безпеки. Проанализовано ієрархію підходів по зниженню розрахункової величини ризику до припустимого рівня.

Основні положення дисертації опубліковані в роботах:

1. Ширшов В.Г. Оцінка ризиків функціонування авіаційної транспортної системи – В сб. Вісник Київського міжнародного університету цивільної авіації, № 1 с.265-268 – Київ, КМУЦА, 1999 р.

2. Ширшов В.Г. Расчет рисков отказов строительных конструкций ответственных объектов – В сб. Вісник Київського міжнародного університету цивільної авіації, № 3-4 (7) с.240-246 – Київ, КМУЦА, 2000 р.

3. Ширшов В.Г. Численный анализ конструкций при падении на объект летательного аппарата – В сб. Математическое моделирование в механике сплошных сред на основе методов граничных и конечных элементов: Труды XVIII Международной конференции, том 3. с.264-268 – СПб.: НИИХ СпбГУ, 2000. – 293 с.

4. Ширшов В.Г. Оценка рисков функционирования элементов авиационной транспортной системы при проявлении аварийных факторов –В сб. Матеріали ІІІ Міжнародної науково-технічної конференції AVIA-2001– Київ, НАУ, 2001 р.

5. Ширшов В.Г. Характеристики поводження будівельних конструкцій при додатку особливих видів навантаження –В сб. Матеріали ІV Міжнародної науково-технічної конференції AVIA-2002– Київ, НАУ, 2002 р.

6. Верюжський Ю.В., Ширшов В.Г. Визначення розрахункового і допустимого значення ризиків відповідальних об’єктів. – В сб. Вісник НАУ, № 1 с.86-89 – Київ, НАУ, 2003 р.

У роботі [6] автором проведені чисельні дослідження параметрів напружено-деформованого стану несучих будівельних конструкцій об’єкта “Укриття”.

АНОТАЦІЯ

Ширшов В.Г. Надійность і безпека будівельних конструкцій відповідальних об'єктів при впливі особливого виду динамічного навантаження. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук з спеціальністі 05.23.01 – будівельні конструкції, будівлі і споруди. – Відкрите акціонерне товариство “Український науково-дослідний та проектний інститут сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського”, Київ, 2004.

Дисертаційна робота присвячена розробці методики оцінки надійності і безпеки будівельних конструкцій відповідальних об'єктів. Методика включає спільне використання сучасних статистичних, аналітичних, чисельних і імовірних методів розрахунку. На основі розробленої методики проведений аналіз параметрів безпеки будівельних конструкцій об'єкта “Укриття”. Методика дозволяє визначати ризики функціонування відповідальних об'єктів із врахуванням їх конструктивних рішень і інших особливостей.

Обґрунтовано актуальність теми, сформульовані мета і задачі досліджень, викладені основні наукові підходи, показане їхнє практичне використання. Досліджено дії особливого виду динамічного навантаження рідкої повторюваності. Головний елемент авіаційної транспортної системи (АТС) – система “екіпаж - повітряне судно” розглядається як аварійний фактор для обґрунтування параметрів динамічного навантаження.

Проведено чисельні розрахунки напружено-деформованого стану несучих будівельних конструкцій об'єкта “Укриття”.

Визначено величини припустимого і розрахункового ризиків падіння повітряного судна. Розроблено ієрархію підходів для зниження розрахункового значення ризику до припустимої величини.

Ключові слова: відповідальні об'єкти, надійність, конструкційна безпека, параметри динамічного навантаження, імовірність падіння повітряного судна, чисельний метод розрахунку, параметри напружено-деформованого стану, ризики.

АННОТАЦИЯ

Ширшов В.Г. Надежность и безопасность строительных конструкций ответственных объектов при воздействии особого вида динамической нагрузки. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 – строительные конструкции, здания и сооружения. – Открытое акционерное общество “Украинский научно-исследовательский и проектный институт стальных конструкций имени В.Н. Шимановского”, Киев, 2004.

Диссертационная работа посвящена разработке методики оценки надежности и безопасности строительных конструкций ответственных объектов при чрезвычайной ситуации – падении воздушного судна.

Методика включает совместное использование современных статистических, аналитических, численных и вероятностных методов расчета. Предложенная методика реализована в программном обеспечении, обеспечивающем проведение численного анализа объектов сложной конструктивной схемы при вероятностной трактовке расчетных параметров. На основе разработанной методики проведен анализ параметров конструкционной безопасности строительных конструкций объекта “Укрытие”. Методика позволяет определять риски функционирования ответственных объектов с учетом их конструктивных решений и иных особенностей при чрезвычайных ситуациях и запроектных воздействиях.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель и задачи исследований, изложены основные научные подходы, показано их практическое использование.

В первом разделе рассмотрены вопросы обеспечения безопасности и надежности функционирования ответственных объектов. Изложен анализ подходов по учету особых видов динамической нагрузки редкой повторяемости. Используется математический аппарат теории рисков для оценки негативного воздействия динамической нагрузки.

Во втором разделе приведен структурный анализ и характеристика компонентов авиационной транспортной системы (АТС).

Анализируются основные нормативные параметры, описывающие вероятность проявления аварийных факторов на борту воздушного судна, находящегося в полете. Обосновываются подходы по созданию математической модели авиационной-транспортной системы с главным звеном - “экипаж-воздушное судно”.

Главный элемент АТС – система “экипаж - воздушное судно” рассматривается в качестве аварийного фактора для обоснования параметров динамической нагрузки.

В третьем разделе рассматривается общая схема проведения исследований характеристик напряженно-деформированного состояния (НДС) несущих строительных конструкций ответственного объекта при динамическом воздействии от падения воздушного судна.

Анализируются варианты протекания возможных аварийных процессов и причины, их вызывающие. Особое внимание уделяется состоянию конструкций покрытия объекта, которое представляется наиболее уязвимым конструктивным элементом.

Обосновано использование параметров НДС в качестве значений функции последствий.

В четвертом разделе приведены примеры определения допустимого и расчетного значений рисков падения воздушного судна. Разработана иерархия подходов для снижения расчетного значения риска до допустимой величины.

В выводах приведены полученные результаты.

Ключевые слова: ответственные объекты, надежность, конструкционная безопасность, параметры динамической нагрузки, вероятность падения воздушного судна, численный метод расчета, параметры напряженно-деформированного состояния, риски.

SUMMARY

Shirshov V.G. Estimation procedure reliability and safety of buildings constructions executives objects at the special type of dynamic load. – Manuscript.

Ph.D. thesis devote to estimation procedure reliability and safety of buildings constructions executives objects at the extraordinary meeting – accident airplane in flight.

Procedure involve data sharing modern statistical, analytical, numerical and stochastic techniques of treatment and calculation. This procedure envisage conducting computational investigation for complex objects. For realization numerical analysis use modern software. This methodic using for complex analysis safety of buildings constructions executive object – object “Shelter”of Chernobyl nuclear power plant. Methodic define risk executives objects at the extraordinary meeting and impact.

For analysis account occasional special conditions. Basic meaning for analysis attend estimate of probability to accident airplane in flight at the executive object and assessment of chances of failure buildings constructions. Handle a problem accounted and tolerated risk safety executive objects.

Key words: executive objects, reliability, constructions safety, terminal profiles of dynamic load; accident risk of airplane, numerical analysis, accounted and tolerated risk.