Пути оптимизации железобетонных конструкций заводского изготовления на основе прикладных методов теории надежности

Целью данной работы является выбор направлений оптимизации железобетонных конструкций заводского изготовления на основе прикладных методов теории надежности, в частности вероятностных методов. Критерием необходимости оптимизации является существенное превышение расчетного показателя надежности наднормативным. Методы исследований включают вероятностно-статистическое компьютерное моделирование и натурные испытания на комбинате «Братскжелезобетон». В представленной работе были получены результаты оптимизации двух видов сборных железобетонных конструкций: многопустотных панелей перекрытия серии 
1.141-1 и балок покрытия со смешанным армированием серии 1.462.1-1/88. Оптимизация многопустотных панелей перекрытия выполнялась по двум направлениям: снижение толщины панелей (h = 160 мм) и разработка облегченных панелей для малоэтажного строительства; замена одного класса напрягаемой арматуры другим более высокопрочным, вызванная производственной необходимостью для обеспечения начальной надежности этих конструкций. Выполненные исследования показали, что проблема оптимизации многопустотных панелей перекрытия является логически обоснованной как с точки зрения экономии ресурсов, так и повышения их надежности. В результате вероятностных расчетов балок со смешанным армированием была установлена область оптимального количества ненапрягаемой рабочей арматуры при коэффициенте частичного преднапряжения в диапазоне Кр = 0,65…0,75. Моделирование по разработанным программам доказало, что учет нелинейности деформирования позволяет более точно выявить резервы снижения материалоемкости конструкций и выполнить оптимизацию ее армирования. 

1. Райзер В.Д. Теория надежности сооружений: научное издание. М.: Изд-во АСВ, 2010. 383 с.

2. Тамразян А.Г., Дудина И.В. Обеспечение качества сборных железобетонных конструкций на стадии изготовления // Жилищное строительство. 2001. № 3. С. 8–10. EDN: UIZQDH.

3. Spaethe G. Die Sicherheittragender Baukonstruktionen. Wien: Springer Vienna. 1992. 303 p.

4. Kaverzina L., Kovalenko G., Dudina I., Belskii O. Cost Efficiency Assessment of Automated Quality Control of Precast Structures // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 143. P. 1–7. https://doi.org/10.1051/matecconf/201814304006.

5. Тамразян А.Г. Методология анализа и оценки надежности состояния и прогнозирование срока службы железобетонных конструкций // Железобетонные конструкции. 2023. Т. 1. № 1. С. 5–18. EDN: MGOLLW.

6. Tamrazyan A., Alekseytsev A. Evolutionary Optimization of Reinforced Concrete Beams, Taking Into Account Design Reliability, Safety and Risks During The Emergency Loss Of Supports // E3S Web of Conferences. 2019. Vol. 97. P. 1–8. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20199704005.

7. Тамразян А.Г., Алексейцев А.В. Современные методы оптимизации конструктивных решений для несущих систем зданий и сооружений // Вестник МГСУ. 2020. Т. 15. № 1. С. 12–30. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2020.1.12-30. EDN: WVLCDG.

8. Квасников А.А., Сумароков Е.В. Оптимизация армирования железобетонных конструкций зданий и сооружений при автоматизации процессов проектирования // Вестник НИЦ «Строительство». 2023. № 2. С. 136–150. https://doi.org/10.37538/2224-9494-2023-2(37)-136-150. EDN: YDILFM.

9. Seify Asghshahr M. Reliability Based Design Optimization of Reinforced Concrete Frames Using Genetic Algorithm// Periodica Polytechnica Civil Engineering. 2021. Vol. 65. Iss. 2. P. 566–576. https://doi.org/10.3311/PPci.17150.

10. Rubaratuka I.A. Challenges of the Quality of Reinforced Concrete Buildings in Dar es Salaam // International Journal of Engineering Research & Technology. 2013. Vol. 2. Iss. 12. P. 820–827. https://doi.org/10.17577/IJERTV2IS120282.

11. Коваленко Г.В., Дудина И.В., Жердева С.А. Практические методы оценки надежности сборных железобетонных конструкций на стадии изготовления. Монография. Братск: Изд-во Братского государственного университета, 2013. 123 с. EDN: UYKMQR.

12. Дудина И.В., Назарова Н.О. Повышение экономической эффективности конструкций заводского изготовления при оптимизации // Проблемы экономики и управления строительством в условиях экологически ориентированного развития. Материалы пятой Междунар. науч.-практ. онлайн-конф. (г. Томск, 12–13 апреля 2018 г.). Томск, 2018. С. 154–159. EDN: YQYNSH.

13. Коваленко Г.В., Дудина И.В., Нестер Е.В. Вероятностный подход к контролю качества и оценке начальной надежности сборных железобетонных конструкций // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2021. Т. 11. № 2. С. 274–283. https://doi.org/10.21285/2227-22021-2-274-283. EDN: WPEWVM.

14. Kovalenko G.V., Dudina I.V., Nester E.V. Chance Models and Estimators of Primary Reliability of Constructions with Mixed Reinforcement // European Science and Technology: Materials of the Intemational Research and Practice Conference (Wiesbaden, 31stJanuary, 2012). Wiesbaden, 2012. P. 237–243.

15. Коваленко Г.В., Дудина И.В., Назарова Н.О. Оптимизация железобетонных конструкций заводского изготовления на вероятностной основе как фактор снижения их материалоемкости // Труды Братского государственного университета. Серия: естественные и инженерные науки. 2018. Т. 1. С. 156–160. EDN: YURQNV.

16. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М.: Стройиздат. 1996. 416 с.

17. Бондаренко В.М., Бондаренко С.В. Инженерные методы нелинейной теории железобетона. М.: Стройиздат.1982. 287 с.

18. Jian-Ping Lin, Guannan Wang, Rongqiao Xu Particle Swarm Optimization–Based Finite-Element Analyses and Designs of Shear Connector Distributions for Partial-Interaction Composite Beams // Journal of Bridge Engineering. 2019. Vol. 24. Iss. 4. P. 1–20. https://doi.org/10.1061/(ASCE)BE.1943-5592.0001371.

19. El Abdelouafi G., Benaissa K., Abdellatif K. Reliability Analysis of Reinforced Concrete Buildings: Comparison between FORM and ISM // Procedia Engineering. 2015. Vol. 114. P. 650–657. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.08.006.

20. Youbao Jiang, Suixiang Peng, Beer M., Lei Wang, Jianren Zhang Reliability Evaluation of Reinforced Concrete Columns Designed By Eurocode for Wind-Dominated Combination Considering Random Loads Eccentricity // Advances in Structural Engineering. 2019. Vol. 23. Iss. 1. P. 146–159. https://doi.org/10.1177/1369433219866089.

21. Szep J., Habashneh M., Logo J., Rad M.M. Reliability Assessment of Reinforced Concrete Beams under Elevated Temperatures: A Probabilistic Approach Using Finite Element and Physical Models // Sustainability. 2023. Vol. 15. Iss. 7. P. 1–20. https://doi.org/10.3390/su15076077.

22. Qiang Zhang, Yan-Gang Zhao, Kristijan Kolozvari, Lei Xu Reliability Analysis of Reinforced Concrete Structure Against Progressive Collapse // Reliability Engineering & System Safety. 2022. Vol. 228. P. 1–13. https://doi.org/10.1016/j.ress.2022.108831.

23. Voss J. An Introduction to Statistical Computing: A Simulation-Based Approach. Chichester: Wiley, 2013. 396 p.

24. Ditlevsen O. Stochastic Model of Self‐Weight Load // Journal of Structural Engineering. 1988. Vol. 114. Iss. 1. P. 1–10. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1988)114:1(222).

25. Коваленко Г.В., Меньщикова Н.С. Анализ результатов компьютерного моделирования напряженнодеформированного состояния железобетонных балок со смешанным армированием и оценка их надежности на основе нелинейно-деформационной модели // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2009. № 4. С. 93–96. EDN: KWWDBV.

26. Тамразян А.Г., Дудина И.В. Учет нелинейных свойств материалов при расчете конструкций со смешанным армированием // Бетон и железобетон. 2003. № 2. С. 11–12.

27. Дудина И.В., Рамазанова Г.А., Нестер Е.В. Влияние некоторых конструктивных параметров совмещенного армирования железобетонных балок при оценке их предельных состояний // Системы. Методы. Технологии. 2018. № 2. С. 139–145. https://doi.org/10.18324/2077-5415-2018-2-139-145. EDN: XYMYZN.

28. Байрамуков С.Х., Долаева З.Н. Оценка прочности и деформативности частично предварительно напряженных элементов по деформационной модели // Инженерный вестник Дона. 2018. № 2. С. 1–12. EDN: YATGLR.

29. Залесов А.С., Чистяков Е.А., Ларичева И.Ю. Деформационная расчетная модель железобетонных элементов при действии изгибающих моментов и продольных сил // Бетон и железобетон.1996. № 5. С. 16–18.

30. Плевков В.С., Балдин И.В., Балдин С.В., Ласковенко А.Г., Ласковенко Г.А. Прочность и трещиностойкость железобетонных элементов при совместном действии изгибающих моментов, продольных и поперечных сил // Современные проблемы расчета железобетонных конструкций, зданий и сооружений на аварийные воздействия. Международная научная конференция, посвященная 85-летию кафедры железобетонных и каменных конструкций и 100-летию со дня рождения Н.Н. Попова (г. Москва, 19–20 апреля 2016 г.). М., 2016. С. 323–328. EDN: TSXRHW.