Метод обратной задачи динамики в оценке остаточных жесткостных свойств многоэтажных зданий

В представленной работе рассмотрены методы и алгоритмы определения величин горизонтальных жесткостей многоэтажных зданий на основе экспериментальных лазерных замеров параметров собственных колебаний этих зданий. Разработки используются при определении остаточных жесткостей зданий, прошедших определенный период эксплуатации сооружений различного назначения, подвергавшихся интенсивным динамическим воздействиям. Применение таких способов определения жесткостных параметров сооружений имеет преимущества, заключающиеся в исключении необходимости детального обследования, связанного с неизбежным демонтажем ограждающих конструкций и выселением жильцов дома. Непосредственное определение горизонтальных жесткостей зданий при помощи формирования заданных перемещений и определения соответствующих сил в элементах, формирующих эти перемещения, требует крепления элементов натяжения в заданных узлах – центров масс сооружений, что в ряде случаев реализовать невозможно. Преимущества предлагаемого подхода проявляются при обследовании большого массива жилых застроек, находящихся в разнородных условиях эксплуатации и требующих формирования последовательности мероприятий обеспечения функциональности сооружений. Однако необходимость использования динамических моделей малой размерности в оценке жесткостных параметров ставит задачу принципов формирования видов таких моделей, что также излагается в данной работе.

1. Adams R.D., Cawley Р., Pye C.J., Stone B.J. А Vibration technique for non-destructively assessing the integrity of structures // Institution of mechanical engineers. 1978. Vol. 20. Iss. 2. https://doi.org/10.1243/JMES_JOUR_1978_020_016_02.

2. Faghmous J.H., Kumar V. A Big Data guide to understanding climate change: the case for theoryguided data science // Big Data. 2014. Vol. 2. Iss. 3. P. 3155–163. https://doi.org/10.1089/big.2014.0026.

3. Quinn J., Frias-Martinez V., Subramanian L. Computational sustainability and artificial intelligence in the developing world // AI Magazine. 2014. Vol. 35. No. 3. P. 36–47. https://doi.org/10.1609/aimag.v35i3.2529.

4. Azimi J., Fern X., Fern A. Budgeted optimization with constrained experiments // Journal Artificial Intelligence Research. 2016. Vol. 56. P. 119--152. https://doi.org/10.1613/jair.4896.

5. Cawley Р., Adams R.D. The location of defects in structures from measurements of natural frequencies // Institution of mechanical engineers. 1979. Vol. 14. Iss. 2. https://doi.org/10.1243/03093247V142049.

6. Berman А. System identification of structural dynamic models – theoretical and practical bounds // 25th Structures, Structural Dynamics and Materials Conference (Palm Springs, 14–16 May 1984,). American Institute of Aeronautics and Astronautics. 1984. P. 123–129. https://doi.org/10.2514/6.1984-929.

7. Соболев В.И., Пинус Б.И. Определение параметров остаточной жесткости дефектных зданий на основе лазерных отображений колебаний и решения обратной задачи динамики // Вестник Восточно-Сибирского государственного университета технологии и управления. 2019. № 1 (72). С. 55–62. EDN: VXOMWF.

8. Амелькин В.В. Дифференциальные уравнения в приложениях. М.: Наука, 1987. 160 с.

9. Клаф Р., Пензиен Дж. Динамика сооружений. М.: Стройиздат,1979. 319 с.

10. Пинус Б.И., Моргаев Д.Е. Оценка остаточного ресурса сейсмостойкости зданий серии 1-335 кс в городе Иркутске // Тез. докл. V Российской Национальной конференции по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию с международным участием. М.: ГУП ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, 2003. 81 с.

11. Соболев В.И. Расчёт многоэтажных зданий, различных конструктивных систем на горизонтальное сейсмическое воздействие с учётом пространственного деформирования // Математическое моделирование в механике сплошных сред на основе методов граничных и конечных элементов: Труды XVIII Международной конференции. СПб.: НИИХ СПбГУ, 2000. Т. 1. С. 217.

12. Argyris J.H., Boni В., Hinderlang V. Finite element analysis of two- and three dimensional elasto-plastic frames – the natural approach // Comp. Meth. Appl. Mech. 1982. Vol. 35. No 2. P. 221–248.

13. Айзенберг Я.М. Развитие концепций и норм антисейсмического проектирования, ЦНИИСК, ГНЦ. М.: Строительство, 1997. 73 с.

14. Davies E.B., Gladwell G.M.L., Leydold J.S., Peter F. Discrete nodal domain theorems // Linear Algebra Appl. 2001. № 336. P. 51–60. https://doi.org/10.1016/S0024-3795(01)00313-5.

15. Икрамов Х.Д. Несимметричная проблема собственных значений. Численные методы. М.: Наука, 1991. 240 с.

16. Колоушек В. Динамика строительных конструкций. М.: Изд-во литературы по строительству, 1965. 632 с.

17. Фарлоу С Уравнения с частными производными для научных работников и инженеров / Пер с англ. М.: Мир, 1985. 384 с.

18. Белокобыльский С.В., Елисеев С.В., Кашуба В.Б. Импедансные подходы как одна из форм оценки динамических свойств механических колебательных систем в структурном математическом моделировании // Системы. Методы. Технологии. 2015. № 4 (28). С. 7–15.

19. Елисеев С.В., Ковыршин С.В., Большаков Р.С. Особенности построения компактов упругих элементов в механических колебательных системах. Взаимодействия с элементами систем и формы соединения // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2012. № 4 (36). С. 61–70.

20. Крылов А.Н. О некоторых дифференциальных уравнениях математической физики, имеющих приложение в технических вопросах. М.–Л.: Гостехиздат, 1950.

21. Малышкин А.П., Есипов А.В. Экспериментально-теоретические исследования стальных ферм покрытия легкоатлетического манежа в г. Тюмени // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. 2015. № 2. С. 105– 115. https://doi.org/10.15593/2224-9826/2015.2.08. EDN: TZUEPV.

22. Назаров Ю.П., Городецкий А.С., Симбиркин В.Н. К проблеме обеспечения живучести строительных конструкций при аварийных воздействиях // Строительная механика и расчет сооружений. 2009. № 4. С. 5–8. EDN: KOZYWJ.

23. Fu G., Frangopol D. Balancing weight, system reliability and redundancy in a multiobjective optimization framework // Structural Safety. 1990. № 7 (2-4). P. 165–175.

24. Соболев В.И., Пинус Б.И., Зеньков Е.В. Комплексная оценка накопления дефектов зданий с использованием лазерных виброизмерителей // Ресурсосберегающие технологии в строительстве и жилищно-коммунальном хозяйстве: материалы Всероссийской научно-практической конференции (г. Иркутск, 07 ноября 2018 г.). Иркутск: Иркутский национальный исследовательский технический университет, 2018. С. 17–21. EDN: SIYKMA.

25. Bokarev S.A., Zhunev K.O., Usol'tsev A.M. Stress-strain behavior of welded joints in railway girders // Magazine of Civil Engineering. 2018. No. 8 (84). P. 119–129. https://doi.org/10.18720/MCE.84.12.

26. Конин Д.В. Жесткость частично обетонированных стальных балок и сталежелезобетонных перекрытий // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2023. Т. 25. № 3. С. 128–142. https://doi.org/10.31675/1607-1859-2023-25-3-128-142. EDN: YHUYZS.

27. Рыбакова Л.Ю. Анализ методов расчета напряженно-деформированного состояния сварных соединений // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре: сборник статей 77-ой Всероссийской научно-технической конференции (г. Самара, 26–30 октября 2020 г.). Самара: Самарский государственный технический университет, 2020. С. 69–74. EDN: XPATTC.

28. Голоднов А.И., Балашова О.С. К определению остаточного напряженного состояния в сварных элементах коробчатого профиля // Современное промышленное и гражданское строительство. 2010. Т. 6. № 3. С. 153–158.