Вероятностный метод определения коэффициента сочетания атмосферных нагрузок тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.03 ВАК РФ

Введение

Глава I. Проблема сочетания нагрузок

1.1. Современное состояние вопроса

1.2. Цель и содержание исследования

Глава П. Исследование задачи определения коэффициента сочетания нагрузок статистическим методом

2.1, Постановка задачи исследования

2.1.1. Исходные предположения

2.1.2. Формулы для вычислений показателей надежности

2.1.3. Общая схема определения коэффициента сочетания

2.1.4. Численное решение задачи

2.2. Аналитическое решение задачи

2.2.1. Приближенное решение задачи

2.2.2. Двусторонняя оценка решения 40 ГлаЕа Ш. Решение задачи определения коэффициента сочетания двух атмосферных нагрузок на основе реальной статистики

3.1. Обработка статистических данных по нагрузкам

3.2. Численное решение задачи

3.3. Аналитическое решение задачи

3.4. Сравнение численного и аналитического решений

3.5. Определение коэффициента сочетания для некоторых видов рам

Глава 17. Решение задачи1 определения коэффициента сочетания двух атмосферных нагрузок с применением статистического моделирования нагрузок

4.1* Модели атмосферных нагрузок

4.1.1. Модели снеговой нагрузки

4.1.2. Модели ветровой нагрузки

4.2. Решение задачи определения коэффициента сочетания атмосферных нагрузок

4.3. Сравнение решений, полученных на основе реальной статистики и смоделированной

Предложение по нормированию значений коэффициента сочетаний кратковременных нагрузок

Выгоды и рекомендации

Проблема сбалансирования требований надежности и экономичности строительных конструкций относится к числу основных проблем, выдвинутых непрерывно увеличивающимся объемом строительства в нашей стране.

Правила обеспечения надежности строительных конструкций при проектировании, принятые в СССР, представлены системой соответствующих глав СНиП и имеют в своей основе метод предельных состояособенность состоит б том, что из всего множества возможных состояний конструкции выбираются лишь предельные, т.е. те, при достижении которых конструкция перестает удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям. Для этих состояний записываются условия их недостижения. Вторая особенность - все исходные величины, случайные по СБоей природе, представлены в нормах некоторыми детерминированными нормативными значениями, а влияние их изменчивости на надежность конструкции учитывается коэффициентами надежности. Каждый из этих коэффициентов учитывает изменчивость лишь одной исходной величины в предположении, что в нормах проектирования должна использоваться полная система коэффициентов, состоящая из 5 групп:

1) коэффициенты надежности по нагрузке,

2) коэффициенты надежности по материалу,

3) коэффициенты точности геометрических параметров,

4) коэффициенты условий работы,

5) коэффициенты ответственности.

Использование этих коэффициентов позволяет проводить исследование какого-либо фактора независимо от исследований остальных ний. Метод этот имеет две характерные особенности

Первая факторов, влияющих на надежность конструкции. Результатом исследования являются процедуры выбора нормативных значений исходных величин и значений коэффициентов надежности, соответствующих только этому фактору.

Нормативные значения и частные коэффициенты надежности должны устанавливаться из рассмотрения той исходной величины, которую они представляют, так, чтобы их произведение (расчетное значение) равнялось квантилю заданной вероятности. При принятом методе нормирования усилия, напряжения, деформации и т.д. элементов конструкций определяются как функции расчетных значений нагрузок. Известно, что функция нескольких квантилей определенной вероятности не будет квантилем той же вероятности. Для того, чтобы обеспечить это равенство независимо от числа нагрузок, ебодятся специальные коэффициенты - коэффициенты сочетаний. Коэффициенты сочетаний - это поправочные коэффициенты, они не являются коэффициентами надежности. Естественно, приведенная схема является идеальной, к которой стремятся составители норм.

Проблема сочетаний - одна из важных задач в области исследования нагрузок, решение ее сулит определенный экономический эффект. В действующих нормах нагрузок значения коэффициентов сочетаний приняты на основании инженерного опыта и, видимо, в некоторых случаях являются завышенными.

В настоящей работе предлагается метод определения коэффициента сочетаний кратковременных нагрузок, позволяющий установить его значения в зависимости от соотношения вкладов отдельных нагрузок в совместное воздействие.

Диссертация состоит из введения, четырех глаЕ, заключения и списка литературы.

ВЫВОЛЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Разработан метод определения коэффициента сочетания, не требующий проведения полного вероятностного расчета конструкций, находящихся под действием нескольких нагрузок. В основе метода заложено сравнение уровней надежности конструкций, испытывающих действие различного числа нагрузок.

2. Предложено выражение для эталонного значения показателя надежности. Использование его возможно как применительно к действующим СНиП, так и в том случав, если при усовершенствовании норм будет предусмотрено условие одинаковой надежности конструкций, находящихся под действием одной нагрузки различного вида.

3. Рассмотрены два варианта распределения предела текучести

- по нормальному закону и по закону Бейбулла. В первом случае решение задачи проведено численным методом, во втором - для коэффициента сочетания получены приближенные аналитические выражения, являющиеоя двусторонними оценками решения.

4. Разработанный метод использован для определения коэффициента сочетания снеговой и ветровой нагрузок в районе гор. Москвы. Значения коэффициента, полученные для двух вариантов распределения предела текучести практически совпадают.

5. Исследовано влияние изменения коэффициента вариации предела текучести на значения коэффициента сочетания снеговой и ветровой нагрузок. Показано, что для двух вариантов распределения предела текучести изменение коэффициента вариации от 0,08 до 0,12 несущественно сказывается на результатах.

6. Предложен способ определения коэффициента сочетания о использованием статистического моделирования для случая, когда статистика совместно действующих нагрузок недостаточна или вообще отсутствует, но имеется достаточная информация о каждой нагрузке в отдельности.

Для района гор* Москвы наилучшими моделями нагрузок с точки зрения точности определения коэффициента сочетания являются следующие: ветровая - максимальная за сутки скорость ветра распределена по закону Вейбулла, снеговая - вес снежного покрова в течение зимы изменяется по закону марковской последовательности о приращением, детерминированная часть которого принята в виде обратной квадратичной зависимости»

7. На основании проведенного исследования предложено правило определения численных значений коэффициента сочетаний в зависимости от удельного влияния отдельных нагрузок для включения в главу СНиП "Нагрузки и воздействия".

1. Алексеев Г.А. О применимости кривой распределения Гудрича к гидрологическим расчетам, - Научные труды / Научно-исследовательского учреждения Главного управления гидрометеорологической службы СССР, 1946, сер. 4, вып. 29, стр. 91-112.

2. Анапольская Л.Е., Гандин Л.С. Методика определения расчетных скоростей ветра для проектирования ветровых нагрузок на строительные сооружения. Метеорология и гидрология, 1958, I 10, стр. 9-17.

3. Болотин В.В. О сочетании случайных нагрузок, действующ х на сооружение. Строительная механика и расчет сооружений, 1962, № 2, стр. 1-5.

4. Болотин В.В. Статистические методы в строительной механике. Москва, Стройиздат, 1965, стр. 196-201.

5. Болотин В.В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. Москва, Стройиздат, 1982, стр. 325.

6. Брайоон А., Хо Ю Ши. Прикладная теория оптимального управления.

7. Москва, "Мир", 1972, отр. 366.

8. Бюллетень строительной техники, № II, 1981, стр. 6.

9. Заварина М.В. Расчетные скорооти ветра на высотах нижнего слоя атмосферы. Гидрометеоиздат, Ленинград, 1971, стр. II.

10. Кантор С.Л., Тимашев С,А. О сочетании случайных нагрузок. -В кн.: Проблемы надежности в строительном проектировании. Свердловск, 1972, стр. 81-86.

11. Кантор С.Л., Тимашев С.А. Расчет железобетонных каркасов на комбинацию случайных нагрузок. Вопросы надежности железобетонных конструкций. Тезисы докладов к областному научно-техническому семинару (октябрь 1975 г.)» КуйбышеЕ, 1975, стр. 72-73.

12. Клепиков Л.Б. Статистический анализ данных о скорости ветра в различных районах СССР. Научные труды / ЦНИИСК им. Кучеренко, 1976, вып. 42, стр. 57-80.

13. Лосицкая К.С. Определение коэффициента сочетания нагрузок. Научные труды / ЦНИИСК им. Кучеренко. Исследования по строительной механике и методам расчета, 1981, стр. 129-136.

14. Отставнов Б.А., Розенберг Л.С. Возможности снижения снеговых нагрузок на плоские покрытия. Промышленное строительство, 1966, № 12, стр. II.

15. ОтстаЕНов В.А., Смирнов А.Ф., Райзер В.Д., Сухов Ю.Д. Учет ответственности зданий и сооружений в нормах проектирования строительных конструкций. Строительная механика и расчет сооружений, 1981, IS I, стр. II-14.

16. Пичугин С.Ф., Пашинский В.А. Методика вычисления коэффициентов сочетаний нагрузок. В кн.; Вопросы надежности железобетонных конструкций. Тезисы докладов к УШ областному научно-техническому семинару. Куйбышев, 1982, стр. 13.

17. Подготовка предложений к новой редакции главы СНиП по надежности несущих конструкций. Инф. номер 0282002921. Гос. per. 78012242. Научно-технический отчет ЛитНИИСиА, 1982.

18. Ржаницын А.Р. Учет сочетаний нагрузок, переменных во времени. Строительная механика и расчет сооружений, 1976, № 2, стр. 15-19.

19. Ржаницын А.Р. Определение коэффициента запаса при нагрузках, представляющих собой случайные процессы. Строительная механика и расчет сооружений, 1971, № 3, стр. 7-II.

20. Ржаницын А.Р. Расчет конструкций на сочетание нагрузок. В кн.: Проблемы надежности в строительном проектировании. Свердловск, 1972, стр. 184-191.

21. Ржаницын А.Р., Сухов Ю.Д. Учет совместного действия нагрузок на сооружения. Строительная механика и расчет сооружений, 1974, * 4, стр. 40-43.

22. Ржаницын А.Р. Расчет конструкций на сочетание нагрузок со случайными срокаш появления. В кн.: Проблемы надежности в строительной механике. Тезисы докладов на 1У Всесоюзной конференции. Вильнюс, 1975, стр. 171-173.

23. Ржаницын А.Р. Перегрузки и их сочетания. Строительная механика и расчет сооружений, 1977, Л 4, стр. II-15.

24. Ржаницын А.Р. Теория расчета строительных конструкций на надежность. Москва, Стройиздат, 1978, стр. ИЗ-135.

25. Руководство по расчету зданий и сооружений на действие ветра. Москва, ЦНИИСК им. Кучеренко, 1978, стр. 224.

26. СНиП П-6-74 "Нагрузки и воздействия*, стр. 4-5.

27. СТ СЭВ 1407-78 "Нагрузки и воздействия". Основные положения.

28. Сухов Ю.Д. Вероятностно-экономическая модель эксплуатации строительных конструкций. Строительная механика и расчет сооружений, 1975, № 4, стр. 13-16.

29. Тимашев С.А., Штерензон В.А. Практические методы расчета надежности рамных систем при действии сочетаний случайных нагрузок. Научные труды ЛенПромстройниипроект, Исследования в области надежности инженерных сооружений. Ленинград, 1979, стр. 36-52.

30. Тимашев С.А. Надежность больших механических систем. Москва, "Наука", 1982, стр. 161-163.

31. Федоров Е.И. К вопросу надежности конструкций, находящихся под действием снеговой и ветровой нагрузок. Научные труда / ЩИИСК им. Кучеренко, вып. 38, 1975, стр. 66-69.

32. Федоров Е.И. Вероятностный расчет конструкций на действие снеговой и ветровой нагрузок. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 1975, стр. 104.

33. Федоров Е.И. Расчет конструкций на действие нагрузок, представленных в виде марковских процессов. Научные труды / ЦНИИСК им. Кучеренко, Расчет строительных конструкций, вып. 42,1976, стр. 132-143.

34. Федоров Е.И. Вероятностно-оптимизационный расчет конструкцийнаходящихся под действием нескольких нагрузок. Научные труды - ЦНИИСК им. Кучеренко. Исследование нагрузок на сооружения и надежность строительных конструкций. Москва, 1976, стр. 108-124.

35. Федоров Е.И., Лосицкая К.С. О выборе коэффициента сочетания нагрузок. Строительная механика и расчет сооружений, 1980, F I, стр. 18-21.

36. Чирков В.П. Расчет конструкций на сочетание случайных нагрузок. В кн.: Прогнозирование и расчет индивидуальной долговечности и надежности механических систем. Информационные материалы. Свердловск, 1980, стр. 21-23.

37. Чирков В.П. К определению расчетных сочетаний нагрузок. -Строительная механика и расчет сооружений, 1980, № 3, стр. 10-14.

38. Чирков В.П. Вопросы надежности механических систем. В кн.: В.А.Каштанов, Оптимальные задачи технического обслуживания. В.П.Чирков, Вопросы надежности механических систем. Москва, "Знание", T98I, стр. 68-116.

39. American National Standard building code requirements for minimum design. A58, I-I972, p. 10.

40. General Principles on the Specification of Safety Requirements for Structures. DIN. Deutsches Institut fur Normung e.v. Beuth Verlag GMBH, Berlin-KOln, 1981, p. 30-37.

41. Guidelines for the Development of Limit States Design. Canadian Standards Association, Special Publication S408-I98I, Ontario, Canada, p. II.

42. Turkstra C.I., Madsen H.O. Load Combinations in Codified

43. Structural Design. Proceedings of the American Society of Civil Engineers, vol. 106, No. STI2, December, 1980, p. 2527-2543.1. ГОССТРОЙ СССР.

44. ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НДУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬПКИЯ 'ИНСТИТУТ СТРОИТЕЛЬНЫХ' КОНСТРУКЦИЙ' ум. КУМЕРЕНКО (ЦНИИСЮ;

45. V10вЗ&,'Моск**, 2-я Институтская ул., д. 6« '•Телеграммы: 1093&9'. М«нм7ж:р9! ЦНЙИСН1-Телефб*' 171.-2^50

46. P&tNtrswA счет 608150 Волгоградское отделение Госбайке СССР.С. Л С Гр о•■! ill1. Замести^г'гаЁРдаюдиректора института Н.Н.Складнев-«Г- июня 1984 года1. На Ne1. ОТДЕЛ РАСЧЕТА СООРУЖЕНИЙ1. СПРАВКА

47. О внедрении предложения по нормированию значений коэффициента сочетаний кратковременных нагрузок