Махінько Антон Володимирович. Надійність елементів металоконструкцій під дією випадкових змінних навантажень

Краткое описание

Махінько Антон Володимирович. Надійність елементів металоконструкцій під дією випадкових змінних навантажень : Дис... канд. техн. наук: 05.23.01 / Полтавський національний технічний ун-т ім. Юрія Кондратюка. — Полтава, 2006. — 348арк. — Бібліогр.: арк. 229-260

ПОЛТАВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ІМЕНІ ЮРІЯ КОНДРАТЮКА

На правах рукопису

МАХІНЬКО АНТОН ВОЛОДИМИРОВИЧ

УДК 624.046.5:624.042.3

НАДІЙНІСТЬ ЕЛЕМЕНТІВ МЕТАЛОКОНСТРУКЦІЙ
ПІД ДІЄЮ ВИПАДКОВИХ ЗМІННИХ НАВАНТАЖЕНЬ

Спеціальність 05.23.01 – Будівельні конструкції, будівлі та споруди

ДИСЕРТАЦІЯ
на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Науковий керівник
ПІЧУГІН С.Ф.
доктор технічних наук,
професор

Полтава – 2006
ЗМІСТ

ВСТУП ………………………………………………………………………
РОЗДІЛ 1. ОГЛЯД РОБІТ І АНАЛІЗ СТАНУ ПИТАННЯ РОЗРА-ХУНКУ НА НАДІЙНІСТЬ БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ ……...
1.1. Історія розвитку теорії надійності будівельних конструкцій ………
1.2. Основні положення та елементи сучасної теорії надійності буді-вельних конструкцій ……………………………………………………….
1.3. Характеристика імовірнісних моделей навантажень та особливості їх сумісної дії на елементи будівельних конструкцій …………………...
1.4. Результати вивчення випадкових навантажень ……………………..
1.5. Висновки за результатами аналізу літератури та завдання дисер-таційної роботи …………………………………………………………….
РОЗДІЛ 2. РОЗВИТОК МОДЕЛЕЙ ПРЕДСТАВЛЕННЯ МАКСИ-МАЛЬНИХ ЗНАЧЕНЬ ВИПАДКОВИХ НАВАНТАЖЕНЬ …………
2.1. Загальні положення екстремальних моделей навантажень ………...
2.2. Імовірнісний аналіз спрощеної експоненціальної моделі та спро-щеної моделі абсолютних максимумів для атмосферних навантажень та навантажень від мостових кранів ……………………………………..
2.3. Особливості оцінки максимумів сумарного внутрішнього зусилля (напруження) при сумісній дії декількох випадкових навантажень ……
2.4. Імовірнісний аналіз спрощеної експоненціальної моделі та спро-щеної моделі абсолютних максимумів для випадку сумісної дії атмос-ферних навантажень та навантажень від мостових кранів ……….……..
2.5. Рекомендації по нормуванню коефіцієнту сполучення кранових та атмосферних навантажень ………………………………………………...
2.6. Висновки по другому розділу ………………………………………...
РОЗДІЛ 3. РОЗВИТОК МЕТОДІВ РОЗРАХУНКУ НА НАДІЙ-НІСТЬ ЕЛЕМЕНТІВ МЕТАЛОКОНСТРУКЦІЙ НА ОКРЕМУ ТА СУМІСНУ ДІЮ ВИПАДКОВИХ НАВАНТАЖЕНЬ ..………………...
3.1. Передумови розрахунку будівельних конструкцій на надійність …
3.2. Оцінка надійності елементів металоконструкцій із використанням спрощеної експоненціальної моделі …………………………………….
3.3. Оцінка надійності елементів металоконструкцій на основі концеп-ції М.С. Стрєлецького „гарантія неруйнівності” ………………………..
3.4. Порівняльна оцінка методів розрахунку надійності елементів ме-талоконструкцій, завантажених випадковими навантаженнями ……….
3.5. Аналіз надійності елементів металоконструкцій з позицій оптимі-заційних критеріїв теорії ризиків …………………………………………
3.6. Висновки по третьому розділу ……………………………………….
РОЗДІЛ 4. СТАТИСТИЧНА ОЦІНКА ХАРАКТЕРИСТИК ТУРБУ-ЛЕНТНОГО ВІТРОВОГО ПОТОКУ МІСЦЕВОСТІ НА ОСНОВІ НАТУРНИХ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ …………...
4.1. Первинна експериментальна оцінка статистичних характеристик турбулентних пульсацій вітру ……………………………….……………
4.2. Експериментальна оцінка частотної структури турбулентних пуль-сацій вітру ……….…………………………………………………………
4.3. Чисельно-аналітична методика оцінки статистичних характеристик поривів вітру …………………………………………………………...
4.4. Висновки по четвертому розділу …………………………………….
РОЗДІЛ 5. ІМОВІРНІСНИЙ РОЗРАХУНОК ЕЛЕМЕНТІВ МЕТА-ЛОКОНСТРУКЦІЙ ПРИ СТАТИЧНІЙ І ДИНАМІЧНІЙ ДІЇ ВИ-ПАДКОВИХ НАВАНТАЖЕНЬ ……………….…………………………
5.1. Імовірнісний розрахунок елементів металоконструкцій в межах пружної роботи матеріалу …………………………………………………

5.2. Імовірнісний підхід до задачі накопичення залишкових деформа-цій елементів металоконструкцій під дією випадкових навантажень ….
5.3. Імовірнісний розрахунок елементів металоконструкцій при суміс-ній дії статичної та пульсаційної складової вітрового навантаження ….
5.4. Імовірнісний розрахунок елементів металоконструкцій на втомле-ність при вібраційній дії турбулентного вітру …………………………...
5.5. Висновки по п’ятому розділу ………………………………………...
ВИСНОВКИ ЗА РЕЗУЛЬТАТАМИ ДОСЛІДЖЕНЬ ………………….
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ………………………………..
ДОДАТОК А. ПОБУДОВА СУМІСНИХ РОЗПОДІЛІВ ВИПАД-КОВИХ НАВАНТАЖЕНЬ ………………………………………………..
ДОДАТОК Б. КОМП’ЮТЕРНІ МОДЕЛІ АТМОСФЕРНИХ НА-ВАНТАЖЕНЬ ТА НАВАНТАЖЕНЬ ВІД МОСТОВИХ КРАНІВ …..
Б.1. Методичні аспекти моделювання випадкових процесів на ПЕОМ ..
Б.2. Комп’ютерна модель навантажень від мостових кранів …………...
Б.3. Комп’ютерна модель снігового навантаження ……………………...
Б.4. Комп’ютерна модель статичної складової вітрового навантаження
ДОДАТОК В. РЕЗУЛЬТАТИ СТАТИСТИЧНОЇ ОБРОБКИ ЕКС-ПЕРИМЕНТАЛЬНИХ РЕАЛІЗАЦІЙ ШВИДКОСТІ ВІТРУ ………...
ДОДАТОК Г. ПРОГРАМНИЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ВИДІЛЕННЯ ПО-РИВІВ ШВИДКОСТІ ВІТРУ ……………………………………………..
ДОДАТОК Д. ГРАНИЧНІ ОЦІНКИ ПОКАЗНИКА НАДІЙНОСТІ СТАЛЕВИХ ЕЛЕМЕНТІВ БУДІВЕЛЬ І СПОРУД ПРИ ДІЇ СНІ-ГОВОГО ТА ВІТРОВОГО НАВАНТАЖЕНЬ …………………………
ДОДАТОК Е. ДОВІДКИ ПРО ВПРОВАДЖЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ ………... 5

Список литературы

ВИСНОВКИ ЗА РЕЗУЛЬТАТАМИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Отримані в роботі дослідні дані і залежності, розроблений математичний апарат та аналітичні рішення, які представлені у вигляді комплексу програм, слід розглядати як достовірний метод розрахунку надійності елементів металоконструкцій за критерієм несучої здатності, що враховує випадковий характер навантажень, міцності матеріалу, особливості сумісної дії навантажень та специфіку відмов металевих елементів. Розроблені методики дозволили вирішити поставлені задачі та обґрунтувати на їх основі пропозиції по корегуванню ряду коефіцієнтів норм проектування. В цілому проведені дослідження дозволили отримати наступні результати.
1. Розроблена проста обґрунтована імовірнісна модель максимумів випадкових навантажень та максимумів внутрішніх силових факторів в елементах металоконструкцій (напружень, зусиль) при сумісній дії випадкових процесів навантаження. Модель апробована на прикладах атмосферних та кранових навантажень, чим підтверджена правомірність її застосування на практиці.
2. Розроблений ряд аналітичних методик розрахунку надійності елементів металоконструкцій. Виконаний порівняльний аналіз методик та обґрунтована можливість їхнього використання в інженерній практиці. Вибір конкретної методики визначається специфікою вирішуваної задачі.
3. Розроблена узагальнена математична модель вітрового навантаження з урахуванням специфіки імовірнісного представлення двох складових швидкості вітру: статичної і пульсаційної. На основі розробленої моделі вирішено питання стосовно розподілу максимумів сумарного процесу вітрового навантаження за встановлений термін дії. На основі формули (5.25) дані рекомендації по нормуванню коефіцієнту експозиції вітрового навантаження.
4. Розроблена аналітична методика імовірнісного розрахунку металевих конструкцій на втомленість при вібраційній дії турбулентного вітру. Методика враховує стохастичні властивості опору втомленості конструкцій та випадковий характер статичної та пульсаційної складових вітрового навантаження. Відмітною рисою методики являється розв’язання задачі у дискретній постановці, що дозволяє представляти результати розрахунку в наочній формі.
5. В рамках кумулятивної моделі відмов наведений один з можливих розв’язків задачі про накопичення залишкових деформацій в елементах металоконструкцій. Показано, що імовірнісний розрахунок по обмеженню залишкових деформацій може дати певний економічний ефект.
6. На основі оптимізаційних критеріїв теорії ризиків визначені оптимальні рівні надійності, яким повинні задовольняти елементи металоконструкцій при статичній дії випадкових навантажень. Оптимальні рівні надійності рекомендується визначати за формулою (3.94) залежно від значень параметру економічного збитку. Практично важливі значення оптимального рівня надійності знаходяться в межах бел.
7. Експериментально досліджена імовірнісна природа турбулентних пуль-сацій вітру та отримані аналітичні регресійні залежності для основних статистичних і частотних параметрів пульсаційної складової вітрового навантаження. На основі отриманих даних розроблена методика, з відповідним програмним забезпеченням, по відстеженню та статистичній оцінці локальних характеристик поривів вітру у вихідній реалізації пульсацій швидкості вітру.
8. Дані рекомендації по нормуванню коефіцієнту сполучення кранових та атмосферних навантажень. Коефіцієнти сполучення визначаються за методикою, розробленою у параграфі 2.3. Значення коефіцієнтів сполучення слід визначати за табл. 2.4 або рис. 2.9-2.11.
9. Дані пропозиції по нормуванню коефіцієнту надійності за призначенням конструкцій . Значення коефіцієнту слід визначати залежно від значень параметру економічного збитку за формулою (3.96) або табл. 3.2. Практично важливі значення коефіцієнту надійності за призначенням знаходяться в межах .
Основні положення дисертаційної роботи опубліковані в роботах автора [119, 120, 121, 129, 130, 174, 175, 176, 177, 178, 179, 180, 181, 182, 183, 184, 185, 186, 187, 188, 189, 190].