Розрахунок елементів будівельних конструкцій при динамічних навантаженнях в умовах невизначеностей. Сучасні підходи. Сейсміка та вибух (огляд).

Abstract

UK: Актуальність роботи. Проблеми інженерії завжди були пов’язані з безпекою та надійністю елементів конструкцій і споруд. У сучасних умовах забезпечення надійності та безпеки будівельних конструкцій великого значення набуває здатність урахування динамічних навантажень різної природи − від сейсмічних коливань до вибухових впливів. Характерною особливістю цих навантажень є висока невизначеність параметрів. Найчастіше до розрахунку конструкцій у динаміці здебільшого спираються на детерміновані схеми аналізу. Вони не дозволяють врахувати вплив невизначеностей на кінцеві інженерні рішення. Це призводить до можливого заниження або завищення оцінок ризику. Актуальним залишаються дослідження, що спрямовані на підвищення точності та надійності прогнозування поведінки елементів будівельних конструкцій при дії динамічних навантажень. Мета дослідження − проведення комплексного огляду сучасних підходів до моделювання динамічної поведінки елементів конструкцій під дією сейсмічних та вибухових навантажень з урахуванням алеторних та епістемічних невизначеностей, з подальшою пропозицією уніфікованої методичної рамки для досліджень і інженерної практики. Методика. Застосовано метод аналізу науково-технічної літератури щодо сучасних напрямків досліджень з урахуванням невизначеностей. Результати. У статті подано огляд сучасних підходів до моделювання динамічної відповіді конструктивних елементів за умов значних алеторних і епістемічних невизначеностей. Узагальнено результати останніх робіт зі сейсмічної крихкості (fragility) на основі стохастичних моделей ґрунтових рухів та метамоделювання (Kriging, SPCE, DR-SM), а також досліджень вибухових навантажень − від аналітичних енергетичних моделей тонкостінних оболонок до FSI-розрахунків ударних хвиль із тонкими пластинами, P–I діаграм, внутрішніх вибухів у сталевих боксах і вузлів залізобетонних каркасів. На цій основі пропонується уніфікована методична рамка для подальших досліджень і практики проєктування: від формалізації невизначеностей до побудови функцій придатності та стандартизованих критеріїв прийняття рішень.

EN: Relevance of the work. Engineering problems have always been closely associated with the safety and reliability of structural elements and facilities. Under modern conditions, ensuring the reliability and safety of building structures requires the capability to account for dynamic loads of various origins − from seismic ground motions to blast effects. A characteristic feature of these loads is the high level of uncertainty in their parameters. In most cases, dynamic analysis of structures relies predominantly on deterministic analytical schemes, which do not allow the influence of uncertainties on final engineering decisions to be fully captured. As a result, this may lead to an underestimation or overestimation of risk. Research aimed at increasing the accuracy and reliability of predicting the behavior of structural elements under dynamic loading therefore remains highly relevant. Purpose of the study is to conduct a comprehensive review of modern approaches to modeling the dynamic behavior of structural elements under seismic and blast loads, taking into account aleatory and epistemic uncertainties, and to propose a unified methodological framework for further research and engineering practice. Methodology. The study employs an analysis of scientific and technical literature focused on contemporary research directions involving uncertainty quantification. Results. The article provides an overview of current approaches to modeling the dynamic response of structural elements under significant aleatory and epistemic uncertainties. It summarizes the findings of recent studies on seismic fragility based on stochastic ground-motion models and surrogate modeling techniques (Kriging, SPCE, DR-SM), as well as research on blast loading − ranging from analytical energy-based models of thin-walled shells to FSI simulations of shock-wave interaction with thin plates, pressure–impulse (P–I) diagrams, internal detonations in steel box structures, and reinforced-concrete frame joints. Based on these developments, the article proposes a unified methodological framework for further research and design practice − from the formalization of uncertainties to the development of performance (fitness) functions and standardized decision-making criteria.