Сучасні методи моделювання прогресуючого руйнування будівель і споруд

Abstract

UK: Визначення характеру руйнувань та шляхів їх попередження дуже сильно залежить від прийняття рішення щодо критеріїв відмови елементу та методів розрахунку. Метою статті є висвітлення питань щодо моделювання прогресуючого руйнування сучасними програмними комплексами, оцінка використовуваних в них критеріїв відмови, їх порівняння та визначення особливостей, з огляду на можливість їх застосування при вирішенні різного класу задач. Основними цілями дослідження є вивчення критеріїв відмов елементів в аварійних ситуаціях, що використовуються в різних програмних комплексах; порівняльний розрахунок умовного сталевого каркасу при виключені з роботи однієї колони; оцінка можливості використання різних підходів та програмних комплексів в аналізі конструктивної безпеки будівель та споруд. Методика. Методикою вирішення поставлених задач є числові дослідження роботи умовного сталевого каркасу при виключенні з роботи однієї колони, проведені у програмних комплексах SAP2000 та Extreme Loading For Structures (ELS). Результати. Проаналізовано методи врахування нелінійної поведінки елементів та критеріїв їх відмови у аварійних розрахункових ситуаціях при використанні двох різних програмних комплексів. Наведено порівняльний аналіз різних методів моделювання нелінійного розрахунку сценаріїв руйнування умовного сталевого каркасу. Проведені дослідження вказують на збіжність рішень при використанні різних програмних комплексів для визначенні сценаріїв прогресуючого руйнування. Наукова новизна. Досліджено програмні комплекси та їх методики розрахунку будівель та споруд в аварійних ситуаціях, обґрунтовано критерії вибору їх застосування при вирішенні різного класу задач, пов’язаних з аналізом конструктивної безпеки об’єктів існуючого та нового будівництва. Практичне значення. Висвітлені питання щодо різних методик моделювання прогресуючого руйнування будівель і споруд відкривають шляхи до більш глибшого вивчення проблем забезпечення живучості відповідальних об’єктів та створення раціональних конструктивних рішень захисту будівель від прогресуючого руйнування. Наведені результати дозволяють приймати обґрунтоване рішення щодо вибору застосування того чи іншого програмного комплексу залежно від мети розрахунку.

RU: Определение характера разрушений и путей их предупреждения очень сильно зависит от принятия решения относительно критериев отказа элементов и методов расчета. Целью статьи является освещение вопросов моделирования прогрессирующего разрушения современными программными комплексами, оценка используемых в них критериев отказа, их сравнение и определение особенностей; учет возможностей их применения при решении различного класса задач. Основными целями исследования является изучение критериев отказов элементов в аварийных ситуациях, используемых в различных программных комплексах; сравнительный расчет условного стального каркаса при исключении из работы одной колонны; оценка возможности использования различных подходов и программных комплексов в анализе конструктивной безопасности зданий и сооружений. Методика. Методикой решения поставленных задач являются численные исследования работы условного стального каркаса при исключении из работы колонны, проведенные в программных комплексах SAP2000 и Extreme Loading For Structures (ELS). Результаты. Проанализированы методы учета нелинейного поведения элементов и критериев их отказа в аварийных расчетных ситуациях при использовании двух различных программных комплексов. Приведен сравнительный анализ сценария разрушения условного стального каркаса, полученного из нелинейного расчета при использовании различных методов моделирования. Проведенные исследования указывают на сходимость решения при использовании различных программных комплексов для определения сценариев прогрессирующего разрушения. Научная новизна. Исследованы программные комплексы и их методики расчета зданий и сооружений в аварийных ситуациях, обоснованы критерии выбора их применения при решении различного класса задач, связанных с анализом конструктивной безопасности объектов существующего и нового строительства. Практическое значение. Рассмотренные вопросы по различным методикам моделирования прогрессирующего разрушения зданий и сооружений открывают пути к более глубокому изучению проблем обеспечения живучести ответственных объектов и созданию рациональных конструктивных решений защиты зданий от прогрессирующего разрушения. Приведенные результаты позволяют принимать обоснованное решение о выборе применения того или иного программного комплекса в зависимости от цели расчета.

EN: The progressive collapse estimation and the ways of their prevention are highly depends on the decisions of the failure criteria of elements and based on the calculation methods. The aim of the article is to cover issues of progressive collapse modeling using modern software systems, estimation of their failure criteria, comparison and identification of features taking into account the possibility of their use in solving various tasks classes. The main objectives of the study is to examine the criteria of element failures in emergencies used in a variety of software systems; comparative calculation of the steel frame with single element failure; assessment of the possibility of using different approaches and software systems in the structural safety analysis of buildings and structures. Methods. Methodology of the tasks solving is based on the numerical studies of steel frame after one column failure calculated using SAP2000 software systems and Extreme Loading for Structures (ELS). Results. The analysis of elements nonlinear behavior and criteria for their failure in emergency situations calculated using two different software systems are showed. This article shows a comparative analysis of the progressive collapse scenarios of the steel frame derived from non-linear analysis using various modeling methods. The studies indicate the convergence of various software systems using for progressive collapse scenarios search. Scientific novelty. The different software systems and their methods of calculation buildings and structures in emergency situations were studied. The software selection criteria of the application for solving various tasks classes were obtained. These criteria are associated with the analysis of the structural safety of existing and new buildings. The practical significance. Examination of the various progressive collapse modeling methods of buildings and structures opens the way to a better understanding of a ensuring important building objects vitality problems and makes possible to create a rational design solutions to protect buildings against progressive collapse. These results allow us to make an informed decision about application of software complexes depending on the purpose of the calculation.