Введение к работе
Актуальность работы. Большой объём строительства, ведущийся во всём мире, с особой остротой ставит вопрос о проектировании зданий и сооружений, обеспечивающих достаточную надёжность при эксплуатации с максимальной экономичностью при строительстве. Поэтому актуальной проблемой является разработка методов, алгоритмов и программ для ЭВМ по их проектированию. На функционирование реальной конструкции влияет целый ряд факторов случайной природы: нагрузки, неоднородность основания под сооружение и материала конструкции, отклонения от проектных размеров и формы её элементов и т.д. Для суждения о надёжности конструкции необходим анализ напряжений и деформаций, возникающих в ней в результате действия случайных факторов и выявленных в результате стохастического расчёта. Само статистическое описание условий работы конструкции является, в общем случае, более полным, чем чисто детерминистическое описание. Поэтому обоснованный подход к определению надёжности и долговечности конструкции возможен только с позиций вероятностных методов, в частности, теории случайных процессов. Приложение этих методов и законов строительной механики, теории упругости и пластичности к расчёту конструкций предполагает наличие достоверной статистической информации об изменчивости параметров прочности и деформативности материалов, нагрузки и условий эксплуатации. Отсутствие в настоящее время полной информации такого рода о рассматриваемом объекте не должно быть преградой для развития и приложения вероятностных методов к расчёту конструкций. Напротив, её отсутствие следует расценивать лишь как назревшую необходимость широких опытных и теоретических исследований в этом направлении.
Конструкции на упругом основании получили широкое распространение. Фундаменты зданий и сооружений, полы промышленных зданий, днища резервуаров, дорожные и аэродромные покрытия, подземные сооружения занимают в общем объёме строительных объектов значительный процент. Эти сооружения требуют большого расхода бетона и стали, объём которых определяется результатами расчётов. Уточнение расчёта может сильно повлиять на стоимость сооружения в целом. Одно из возможных направлений решения задачи - применение теории случайных процессов. Эта теория нашла успешное применение при обосновании коэффициента запаса прочности и долговечности деталей машин, для предсказания механических свойств поликристаллических, зернистых, волокнистых и ряда композиционных материалов на основании механических свойств компонентов, при расчёте конструкций на действие сейсмической нагрузки, в задачах устойчи-
вости сооружений. С помощью этой теории может быть учтено влияние начальных неправильностей срединной поверхности оболочки при расчёте её на устойчивость, влияние неровностей дна траншеи при укладке трубопроводов и т.д. Проектирование сооружений из концепции рассмотрения наихудших условий, которые могут встретиться для конструкции всего лишь раз за время всего срока службы или для одного объекта среди массы подобных, содержит в себе значительные резервы прочности. Разумный подход к назначению параметра надёжности конструкции с всесторонним рассмотрением влияния на неё всех случайных факторов является одним из путей создания экономичных сооружений. Известно, что физико-механические характеристики грунтового массива в природном залегании, даже в пределах малых площадок, изменяются, и это изменение имеет стохастический характер. В связи с этим возможность оценки при проектировании конструкций на упругом основании влияния такого фактора, как неоднородность основания, представляется актуальной задачей.
Цель работы - выявление влияния на несущие конструкции зданий случайных свойств оснований и совершенствование оценки их надёжности.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
разработка методики расчёта балок и прямоугольных плит, лежащих на основании со случайными свойствами;
разработка методики расчёта рамных конструкций, расположенных на стохастическом неоднородном основании;
исследование зависимости внутренних усилий конструкций, расположенных на стохастическом неоднородном основании, от случайных свойств грунта;
решение проблемы надёжности зданий с позиций их системной связи с основанием;
оценка остаточной деформативности грунтового основания на вероятностной основе.
Научную новизну работы составляют:
матричный конечно-разностный метод расчёта конструкций, расположенных на стохастическом неоднородном основании;
распространение принципа подобия на конструкции на стохастическом неоднородном основании;
регулирование внутренних усилий в конструкциях за счёт изменения параметров системы «сооружение-случайное основание»;
определение стохастической остаточной деформативности грунтового основания.
Достоверность научных исследований базируется на использовании общепринятых положений сопротивления материалов, строительной механики, механики грунтов, результатах многовариантных численных исследований автора и сравнении с известными решениями.
Практическое значение работы. Учёт влияния свойств стохастического неоднородного основания на несущие конструкции зданий и сооружений важен при оценке их надёжности. Установление характера влияния свойств случайного основания на несущую способность конструкций позволяет регулировать параметры системы «сооружение-основание» на стадии проектных расчётов. Оценка остаточного ресурса здания позволяет использовать эффективные способы усиления несущих конструкций с позиций их системной связи с основанием.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:
14-й Международной межвузовской научно-практической конференции молодых учёных, докторантов и аспирантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» (Москва, 27-29 апреля 2011 г.);
научно-практической конференции «Фундаментальные исследования в естественнонаучной сфере и социально-экономическое развитие Белгородской области» (12 октября 2013 г.).
В полном объёме работа доложена на расширенном заседании кафедры сопротивления материалов ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ноябрь, 2013 г.) и на расширенном заседании кафедры сопротивления материалов и строительной механики ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.Шухова» (ноябрь, 2013 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 2 работы в изданиях, входящих в перечень ВАК.
На защиту выносятся:
матричный конечно-разностный метод расчёта конструкций, расположенных на стохастическом неоднородном основании;
принцип подобия для конструкций на стохастическом неоднородном основании;
зависимости внутренних усилий конструкций от параметров системы «сооружение - случайное основание»;
решение проблемы надёжности зданий с позиций их системной связи с основанием.
Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, списка использованной
литературы. Работа изложена на 124 страницах, включающих 13 таблиц, 14 рисунков, список литературы из 126 наименований.
