Вероятностный критерий оценки живучести железобетонных рам при локализации разрушения

Введение. Проблема обеспечения механической безопасности зданий и сооружений при аварийных воздействиях силового и средового характера сопряжена с необходимостью оценки их живучести. Свойство живучести объектов проявляется после наступления аварийной ситуации и тесно связано с процессом оценки устойчивости конструктивной системы к прогрессирующему разрушению. В настоящее время существуют предложения по оценке живучести в концептуальном виде и в виде общих аналитических выражений, требующих адаптации к конкретной конструктивной системе. Предлагаются методика и пример одного из вероятностных показателей расчета живучести.

Материалы и методы. Вероятностный показатель вычисляется на основе классической теории надежности с модификацией формулы для индекса надежности, в которую входят значения случайных величин изгибающих моментов, воспринимаемых сечением, и моментов, вызванных внешней нагрузкой. Показатель вычисляется для схемы разрушения, не предполагающей образование вантового механизма, т.е. прогрессирующее разрушение локализуется путем образования нескольких пластических шарниров с учетом работы бетона в предельном состоянии. Для моделирования случайных величин используется метод статистических испытаний с учетом экспериментальных данных о разбросах нагрузок и механических характеристик материалов.

Результаты. Рассмотрен пример двух сценариев аварийных воздействий на монолитную раму многоэтажного здания, превентивно спроектированную с учетом возможности восприятия аварийных воздействий. Смоделированы разбросы предельных изгибающих моментов, вычислены характеристики надежности элементов, вероятности безотказной работы системы с учетом локализации прогрессирующего разрушения, вероятностный показатель живучести для каждой аварийной ситуации.

Выводы. Предложена методика количественной оценки живучести на основе вероятностного показателя, учитывающего возможность безотказной работы части конструктивных элементов системы и отказа отдельных элементов в зоне локализации аварийного воздействия. Показана работоспособность предлагаемой методики на конкретных примерах, что позволит оценивать живучесть как проектируемых, так и восстанавливаемых конструктивных систем.

1. Тамразян А.Г. Концептуальные подходы к оценке живучести строительных конструкций, зданий и сооружений // Железобетонные конструкции. 2023. Т. 3. № 3. С. 62–74. DOI: 10.22227/2949-1622.2023.3.62-74. EDN IKRNWX.

2. Колчунов В.И., Ильющенко Т.А., Федорова Н.В., Савин С.Ю., Тур В.В., Лизогуб А.А. Живучесть конструктивных систем зданий и сооружений : аналитический обзор исследований // Строительство и реконструкция. 2024. № 3 (113). С. 31–71. DOI: 10.33979/2073-7416-2024-113-3-31-71. EDN FHLGWH.

3. Тамразян А.Г. Живучесть как степень работоспособности конструкций при повреждении // Промышленное и гражданское строительство. 2023. № 7. С. 22–28. DOI: 10.33622/0869-3019.2023.07.22-28. EDN DTAOGR.

4. Kolchunov V.I., Savin S.Yu. Survivability criteria for reinforced concrete frame at loss of stability // Magazine of Civil Engineering. 2018. No. 4 (80). Pp. 73–80. DOI: 10.18720/MCE.80.7EDNXYLDTF.

5. Lan X., Li Z., Fu F., Qian K. Robustness of steel braced frame to resist disproportionate collapse caused by corner column removal // Journal of Building Engineering. 2023. Vol. 69. P. 106226. DOI: 10.1016/J.JOBE.2023.106226

6. Колчунов В.И., Федорова Н.В., Савин С.Ю., Амелина М.А. Вероятностная модель отказа железо­бетонной рамы при потере устойчивости // Промышленное и гражданское строительство. 2024. № 10. С. 4–11. DOI: 10.33622/0869-7019.2024.10.04-11. EDN KYFSCZ.

7. Qu T., Zeng B., Zhou Z., Huang L., Chang D. Dynamic and uncertainty-based assessment of the progressive collapse probability of prestressed concrete frame structures with infill walls // Structures. 2024. Vol. 61. P. 106105. DOI: 10.1016/J.ISTRUC.2024.106105

8. Ding L., Chen J., Caspeele R. Determination of dynamic collapse limit states using the energy-based method for multi-story RC frames subjected to column removal scenarios // Engineering Structures. 2024. Vol. 311. P. 118170. DOI: 10.1016/J.ENGSTRUCT.2024.118170

9. Adam J.M., Parisi F., Sagaseta J., Lu X. Research and practice on progressive collapse and robustness of building structures in the 21st century // Engineering Structures. 2018. Vol. 173. Pp. 122–149. DOI: 10.1016/j.engstruct.2018.06.082

10. Wang S., Cheng X., Li Y., Yang X., Zhang H., Guo R. et al. Assessing progressive collapse regions of reinforced concrete frame structures using Graph Convolutional Networks // Engineering Structures. 2025. Vol. 322. P. 119076. DOI: 10.1016/J.ENGSTRUCT.2024.119076

11. Husain M., Yu J., Osman B.H., Ji J. Progressive collapse resistance of post-tensioned concrete beam-column assemblies under a middle column removal scenario // Journal of Building Engineering. 2021. Vol. 34. P. 101945. DOI: 10.1016/j.jobe.2020.101945

12. Касимов Р.Г., Скворцова Е.О. Прогрессирующее разрушение и защита от него каменных зданий // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Строительство : сб. ст. 2019. С. 809–816. EDN JWROEE.

13. Бессонов С.Н., Солодов Н.В. Живучесть пространственных решетчатых конструкций из труб типа «кисловодск» при расчете на прогрессирующее (лавинообразное) обрушение // Наукоемкие технологии и инновации (XXV научные чтения) : сб. докл. Междунар. науч.-практ. конф. 2023. С. 76–80. EDN PPBABI.

14. Qian K., Weng Yu.H., Fu F., Deng X.F. Numerical evaluation of the reliability of using single-story substructures to study progressive collapse behaviour of multi-story RC frames // Journal of Building Engineering. 2021. Vol. 33. P. 101636. DOI: 10.1016/j.jobe.2020.101636. EDN KMLTXW.

15. Praxedes C., Yuan X.-X. Robustness-oriented optimal design for reinforced concrete frames considering the large uncertainty of progressive collapse threats // Structural Safety. 2022. Vol. 94. P. 102139. DOI: 10.1016/j.strusafe.2021.102139

16. Тамразян А.Г., Тягур Д.В. О влиянии коррозионного повреждения на конструктивные характеристики изгибаемых железобетонных элементов при определении живучести // Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения : мат. Междунар. академических чтений. 2023. С. 156–162. EDN UTPYXZ.

17. Кабанцев О.В., Митрович Б. К выбору характеристик предельных состояний монолитных железобетонных несущих систем для режима прогрессирующего обрушения // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2018. № 6 (378). С. 234–241. EDN TTXZYZ.

18. Алексейцев А.В., Антонов М.Д. Сопротивляемость прогрессирующему разрушению монолитных каркасов зданий при локальных повреждениях узлов от продавливания // Вестник МГСУ. 2024. Т. 19. № 9. С. 1454–1468. DOI: 10.22227/1997-0935.2024.9.1454-1468. EDN KBUTDH.

19. Серпик И.Н., Курченко Н.С., Алексейцев А.В., Лагутина А.А. Анализ в геометрически, физически и конструктивно нелинейной постановке динамического поведения плоских рам при запроектных воздействиях // Промышленное и гражданское строительство. 2012. № 10. С. 49–51. EDN PFGIFZ.

20. Терехов И.А., Трекин Н.Н., Кодыш Э.Н., Шмаков С.Д. Обеспечение механической безопасности железобетонных несущих конструкций на всех этапах жизненного цикла // Международный строительный конгресс. Наука. Инновации. Цели. Строительство : сб. тез. докл. 2023. С. 48–50. DOI: 10.37538/2949-219Х-2023-48-50. EDN GGBZDR.

21. Трекин Н.Н., Кодыш Э.Н., Терехов И.А., Шмаков С.Д. Классификация сооружений промышленных предприятий по возможности защиты от прогрессирующего обрушения // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. 2024. № 1 (47). С. 15–20. DOI: 10.52684/2312-3702-2024-47-1-15-20. EDN WPLTSL.