Моделирование приспособляемости конструкции, препятствующей прогрессирующему разрушению

Суть проблемы заключается в следующем: запроектировать конструктивную схему так, чтобы при внезапном удалении наиболее ответственных элементов не допустить прогрессирующего разрушения. При этом дополнительные материалозатраты должны быть сведены к минимуму. Возможно также допущение, что конструкция частично может потерять эксплуатационные качества (недопустимые для эксплуатации прогибы, трещины и т. п.).

Определение наиболее ответственных элементов является отдельной темой, хотя для высотных зданий, как правило, это наиболее нагруженные колонны нижних этажей. Продвинутые программные комплексы должны обеспечивать режим, на основе которого можно в автоматизированном режиме исследовать необходимое количество возможных вариантов выхода из строя различных элементов и принять ряд конструктивных мер, с тем чтобы, рационально используя минимальные дополнительные материалозатраты, «помочь» конструкции приспособиться к неожиданно возникшей ситуации и не допустить прогрессирующего разрушения.

Приведем пример возможного проектного решения, базирующегося на вышеприведенных рассуждениях.

На рис. 17.26 приведен несложный план здания высотой 25 этажей. При внезапном удалении средней колонны вышележащие колонны уже не являются опорами и «зависают» на всех оставшихся перекрытиях (рис. 17.27), перекрытия в средней части уже работают пролетом 12×12 м, и, если не применить определенных конструктивных мер, может произойти обрушение всей конструкции.

Рис. 17.26.

При рассмотрении новой схемы можно отметить, что все перекрытия над удаленной колонной получат большие прогибы и могут, изменив схему работы за счет мембранных усилий, при-

Рис. 17.27.

спосооиться к новой ситуации.

Изополя главных мембранных напряжений для нижнего перекрытия, находящиеся в наиболее неблагоприятной ситуации, представлены на рис. 17.28. На этом рисунке видно, что средняя часть перекрытия размером 12×12 м работает как мембрана (большие главные растягивающие напряжения), а в окаймляющей зоне этой мембраны выделилась сжатая зона (своеобразный сжатый бортовой элемент). На этом же рисунке обозначено направление возникновения трещин. Для обеспечения такой приспособляемости в проектных решениях необходимо предусмотреть непрерывность верхней и нижней арматур по всей области плиты (часто нижняя арматура в районе колонн обрывается или не стыкуется). Увеличение усилий в близлежащих колоннах находится в рамках допустимых перегрузок при особых воздействиях. Несомненно, большой прогиб центра перекрытий и недопустимые величины трещин нарушают эксплуатационные качества сооружения, но прогрессирующего разрушения не происходит. Конечно, для исследования подобного ряда ситуаций необходимо, чтобы программные комплексы, реализующие расчет по изменяющимся расчетным схемам, допускали возможность учета физической и геометрической нелинейностей.

Рис. 17.28.