Владимир Филиппович Мущанов — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой теоретической и прикладной механики, проректор по научной работе
286123, г. Макеевка, Донецкая Народная Республика, ул. Державина, д. 2
Scopus: 55988406500, ResearcherID: ААО-8875-2021
Vladimir F. Mushchanov — Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Theoretical and Applied Mechanics, Vice-Rector for Research
2 Derzhavina st., Makeevka, 286123, Donetsk People’s Republic
Scopus: 55988406500, ResearcherID: ААО-8875-2021
Анатолий Николаевич Оржеховский — кандидат технических наук, доцент кафедры теоретической и прикладной механики
286123, г. Макеевка, Донецкая Народная Республика, ул. Державина, д. 2
Scopus: 85079126906
Anatoly N. Orzhekhovskiy — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Theoretical and Applied Mechanics
2 Derzhavina st., Makeevka, 286123, Donetsk People’s Republic
Scopus: 85079126906
Максим Николаевич Цепляев — кандидат технических наук, доцент кафедры теоретической и прикладной механики
286123, г. Макеевка, Донецкая Народная Республика, ул. Державина, д. 2
Scopus: 57208101665
Maxim N. Tseplyaev — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Theoretical and Applied Mechanics; PhD (Engineering), lecturer of the department, department of theoretical and applied mechanics
2 Derzhavina st., Makeevka, 286123, Donetsk People’s Republic
Scopus: 57208101665
Александр Владимирович Мущанов — кандидат технических наук, доцент кафедры металлических конструкций
286123, г. Макеевка, Донецкая Народная Республика, ул. Державина, д. 2
ResearcherID: HDO-4425-2022
Alexander V. Mushchanov — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Metal Structures
2 Derzhavina st., Makeevka, 286123, Donetsk People’s Republic
ResearcherID: HDO-4425-2022
Введение. Приведены некоторые результаты реализации разрабатываемого комплексного подхода к оценке надежности проектных решений зданий и сооружений повышенного уровня ответственности (большепролетные стержневые и листовые металлические конструкции, вертикальные цилиндрические резервуары больших объемов) с несущими металлическими конструкциями.
Материалы и методы. Начальным этапом разрабатываемого подхода оценки надежности зданий и сооружений повышенной ответственности является формирование уточненных конечно-элементных расчетных схем, основанных на детализации узловых соединений, и геометрических схем проектируемых конструкций, что позволяет выявить особенности напряженно-деформированного состояния (НДС) и выполнить уточненную оценку устойчивости элементов конструкций. Для реализации следующего этапа оценки склонности проектируемой системы к лавинообразному обрушению разработан и приведен специальный алгоритм расчета НДС конструкции, реализованный в геометрически и конструктивно нелинейной постановке. На заключительном этапе в случае необходимости выполняется с использованием метода Нелдера – Мида оптимизация полученного конструктивного решения по заданным показателям вероятности отказа для ключевых и второстепенных элементов.
Результаты. Предложенный подход позволяет с приемлемой практической точностью определять показатели надежности многократно статически неопределимых систем. Это особенно актуально для уникальных конструкций повы-шенной ответственности. Уточнен механизм потери устойчивости сжатых стержней структурных конструкций системы МАРХИ, предложена методика корректировки определения коэффициента µ с учетом полученных результатов; получены данные изменения аэродинамического коэффициента цилиндрических резервуаров больших объемов V = 10 000–30 000 м3. Это дало возможность определить особенности рассматриваемых конструкций.
Выводы. Предложен комплексный алгоритм, позволяющий на основе детализации расчетных схем и оценки склонности проектируемых конструкций высокого уровня ответственности к лавинообразному разрушению выполнить уточненную оценку их уровня проектной надежности. На базе алгоритма предложена процедура оптимизации исходного проектного решения, базирующаяся на использовании метода Нелдера – Мида и реализованная на данный момент для минимизации целевой функции в виде массы основных конструктивных элементов (стержней и узлов-коннекторов).
Introduction. Some results of implementation of the integrated approach to reliability assessment of design solutions of buildings and structures of increased level of responsibility (large-span rod and sheet metal structures, vertical cylindrical tanks of large volumes) with load-bearing metal structures are presented.
Materials and methods. The initial stage of the developed approach to assess the reliability of buildings and structures of increased responsibility is the formation of refined finite element design schemes based on the detailing of nodal connections and geometric schemes of designed structures, which allows to identify the features of the stress-strain state (SSS) and perform a refined assessment of the stability of structural elements. Some general patterns obtained based on such detail are given for large-span structural coatings and structures of vertical cylindrical tanks. To realize the next stage of assessment of the propensity of the designed system to avalanche collapse, a special algorithm for calculating the SSS of the structure, implemented in a geometrically and structurally non-linear formulation, was developed and presented. At the same time, for the considered calculation situation, during the multi-stage calculation, a set of key elements is determined, the failure of which, on the one hand, initiates the beginning of avalanche-like destruction, on the other hand, allows using the established set of elements to determine the upper bound of the numerical value of the probability of failure (or the reliability index) of a repeatedly statically indeterminate system. At the final stage, if necessary, optimization of the obtained structural solution is performed using the Nelder – Mead method according to the specified failure probability indicators for key and minor elements.
Results. The proposed approach allows to determine reliability indices of multiply statically indeterminable systems with acceptable practical accuracy. This is especially relevant for unique structures of increased responsibility. The mechanism of loss of stability of compressed rods of structural structures of the MARHI system was clarified, the methodology of correction of the µ coefficient determination taking into account the obtained results was proposed; the data of change of the aerodynamic coefficient of cylindrical tanks of large volumes V = 10,000–30,000 m3 were obtained. This allowed us to determine the following features for the constructions under consideration: with an increase in the volume of the reservoir, there is a change in wind pressure in the area of the ladder junction, compared with a reservoir without a ladder; the maximum discrepancy with the normative values (up to 20 %) was noted in the negative pressure zones (opening effect on the wall); in the active pressure zone, there is a decrease in the vacuum pressure, depending on the size, up to 6 %.
Conclusions. A complex algorithm is proposed, which allows, on the basis of detailed design schemes and assessment of the propensity of the designed structures of high level of responsibility to avalanche-like destruction, to perform a refined assessment of their level of design reliability. On the basis of the algorithm, an optimization procedure of the initial design solution is proposed, based on the use of the Nelder – Mead method and currently implemented to minimize the target function in the form of the mass of the main structural elements (rods and connector nodes).
The authors declare that there are no conflicts of interest present.