Влияние податливости узлов покрытий заглубленных сооружений на предельное значение ударной нагрузки

Введение. Выполнен литературный обзор работ в области динамического расчета композитных конструкций, который показал, что исследования в области демпфирования динамических воздействий на покрытия заглубленных сооружений являются актуальными. При этом вопросы несимметричных импульсных воздействий остаются недостаточно проработанными.

Материалы и методы. Рассматривается типовое конструктивное решение плиты покрытия заглубленного в грунт сооружения, на которое действует импульсная нагрузка. Моделирование деформаций осуществляется в объемной постановке методом конечных элементов. Динамическое воздействие представлено в виде совокупности масштабированных временных функций. Такой способ моделирования позволяет учитывать переменное пятно удара и изменение интенсивности ударного воздействия. Учитывается физическая нелинейность материалов на основе моделей пластичности фибробетона и арматуры. Для установления начального импульса нагрузки использовалась модель JWL.

Результаты. Определены предельные значения динамической нагрузки, соответствующей состоянию предразрушения конструкции. При этом варьировалась толщина труб, используемых в опорных узлах в качестве демпфирующих вставок. Проведен ряд расчетов с различными толщинами демпфирующих (сминаемых) вставок при несимметричном импульсном воздействии. В качестве наблюдаемых во времени параметров при симметричном армировании ригельных частей плиты рассматривались эквивалентные по энергетической теории прочности напряжения. Выполнено сопоставление с ранее проведенными исследованиями, посвященными расчету плиты на симметричные воздействия.

Выводы. Установлена высокая эффективность применения демпфирующих вставок, при этом наибольшее значение предельной динамической нагрузки по сравнению с жестким узлом опирания и с цельной трубой удалось получить при толщине вставок, равной 9 мм. Определены перспективы и дальнейшие направления исследований.

1. Mkrtychev O., Savenkov A. Modeling of blast effects on underground structure // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2019. Vol. 15. Issue 4. Pp. 111–122. DOI: 10.22337/2587-9618-2019-15-4-111-122

2. Alekseytsev A., Sazonova S. Numerical analysis of the buried fiber concrete slabs dynamics under blast load // Magazine of Civil Engineering. 2023. Nо. 1 (117). DOI: 10.34910/MCE.117.3. EDN FAWTHP.

3. Radchenko P.A., Batuev S.P., Radchenko A.V. Fracture of Protective Structures from Heavy Reinforcing Cement During Interaction with High-velocity Impactor // Journal of Siberian Federal University. Mathematics and Physics. 2021. Vol. 14. Nо. 6. Pp. 779–786. DOI: 10.17516/1997-1397-2021-14-6-779-786. EDN KQDDNU.

4. Тонких Г.П., Кумпяк О.Г., Галяутдинов З.Р. Ра-счет прочности защитных сооружений гражданской обороны на податливых опорах в виде сминаемых вставок кольцевого сечения // Технологии гражданской безопасности. 2020. Т. 17. № 4 (66). С. 94–97. DOI: 10.54234/CST.19968493.2020.17.4.66.17.94. EDN GMDIXV.

5. Yan J., Liu Y., Xu Z., Li Z., Huang F. Experimental and numerical analysis of CFRP strengthened RC columns subjected to close-in blast loading // International Journal of Impact Engineering. 2020. Vol. 146. P. 103720. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2020.103720

6. Hu Y., Chen L., Fang Q., Kong X., Shi Y., Cui J. Study of CFRP retrofitted RC column under close-in explosion // Engineering Structures. 2021. Vol. 227. P. 111431. DOI: 10.1016/j.engstruct.2020.111431

7. Li Y., Aoude H. Influence of steel fibers on the static and blast response of beams built with high-strength concrete and high-strength reinforcement // Engineering Structures. 2020. Vol. 221. P. 111031. DOI: 10.1016/j.engstruct.2020.111031

8. Zhang C., Abedini M., Mehrmashhadi J. De-velopment of pressure-impulse models and residual capacity assessment of RC columns using high fidelity Arbitrary Lagrangian-Eulerian simulation // Engineering Structures. 2020. Vol. 224. P. 111219. DOI: 10.1016/j.engstruct.2020.111219

9. Kumpyak O.G., Galyautdinov Z.R., Kokorin D.N. Strength of concrete structures under dynamic loading // AIP Conference Proceedings. 2016. Vol. 1698. P. 070006. DOI: 10.1063/1.4937876

10. Nam J.W., Kim H.J., Kim S.B., Kim J.H.J. Analytical study of finite element models for FRP retrofitted concrete structure under blast loads // International Journal of Damage Mechanics. 2009. Vol. 18. Issue 5. Pp. 461–490. DOI: 10.1177/1056789507088339

11. Momeni M., Hadianfard M.A., Bedon C., Baghlani A. Damage evaluation of H-section steel columns under impulsive blast loads via gene expression programming // Engineering Structures. 2020. Vol. 219. P. 110909. DOI: 10.1016/j.engstruct.2020.110909

12. Castedo R., Natale M., López L.M., Sanchidrián J.A., Santos A.P., Navarro J. et al. Estimation of Jones-Wilkins-Lee parameters of emulsion explosives using cylinder tests and their numerical validation // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2018. Vol. 112. Pp. 290–301. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2018.10.027

13. 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.

14. Tusnina O.A., Alekseytsev A.V. Numerical analysis of stress-strain state of the steel modular block with corrugated webs // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2024. Vol. 20. Issue 2. Pp. 60–75. DOI: 10.22337/2587-9618-2024-20-2-60-75

15. Fialko S.Yu., Kabantsev O.V., Perelmuter A.V. Elasto-plastic progressive collapse analysis based on the integration of the equations of motion // Magazine of Civil Engineering. 2021. Nо. 2 (102). DOI: 10.34910/MCE.102.14. EDN ZVLLVV.

16. Лапина Я.С. Современные аспекты использования равновесия Нэша // Экономика и социум. 2015. № 6–4 (19). С. 55–60. EDN WHOGHD.

17. Алексейцев А.В. Двухэтапный синтез структурных конструкций с использованием генетического алгоритма и тетраэдризации Делоне // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2013. Т. 9. № 4. С. 83–91. EDN SBYYBL.

18. Galyautdinov Z.R. Deformation of reinforced concrete slabs on yielding supports under short-time dynamic loading // AIP Conference Proceedings. 2017. Vol. 1801. P. 040002. DOI: 10.1063/1.4973043

19. Алексейцев А.В., Антонов М.Д. Динамика безбалочных железобетонных каркасов сооружений при повреждениях плит продавливанием // Строительство и реконструкция. 2021. № 4 (96). С. 23–34. DOI: 10.33979/2073-7416-2021-96-4-23-34. EDN UJXFML.

20. Tusnin A.R., Alekseytsev A.V., Tusnina O.A. Load identification in steel structural systems using machine learning elements: uniform length loads and point forces // Buildings. 2024. Vol. 14. Issue 6. P. 1711. DOI: 10.3390/buildings14061711