Анализ теоретических вопросов оценки и прогнозирование технического состояния, разработка методов моделирования зданий и сооружений при статическом и динамическом расчетах с учетом дефектов и повреждений

Объектами исследования являются: несущие конструкции, основания и фундаменты зданий и сооружений, возводимых в сложных инженерно-геологических условиях; организационно-технологические процессы на этапах жизненного цикла при эксплуатации, восстановлении, капитальном ремонте, реконструкции и демонтаже жилых, гражданских и промышленных зданий, и инженерных сооружений из железобетонных, каменных и металлических конструкций; здания и сооружения, имеющие дефекты и повреждения вследствие физического износа в результате боевых действий; стальные конструкции покрытия центрального блока (стадиона) спортивного крытого комплекса «Ильичёвец» в г. Мариуполь; большепролетные пространственные покрытия и вертикальные цилиндрические резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов; транспортные сооружения – мосты и путепроводы на автодорогах Донбасса, пешеходные переходы; высотные сооружения с металлическим каркасом: решетчатые башни, дымовые трубы, вытяжные башни, мачты на оттяжках, водонапорные башни и градирни. Цели работы: - разработка методик повышения надежности и долговечности зданий и сооружений, возводимых в сложных инженерно-геологических и горно-геологических условиях с учетом снижения стоимости их технического обслуживания; - формирование и определение общих подходов к проектированию организационно-технологических процессов при эксплуатации, восстановлении, капитальном ремонте, реконструкции и демонтаже зданий и сооружений из каменных, железобетонных и металлических конструкций; - совершенствование методов оценки технического состояния и остаточного ресурса железобетонных и каменных конструкций для восстановления поврежденных и разрушенных зданий и сооружений и связанных с ними объектов жизнеобеспечения, а также объектов инфраструктуры - исследование эксплуатационных свойств, анализ действительного состояния несущих конструкций, подготовка рекомендаций по дальнейшей нормальной эксплуатации металлоконструкций покрытия спортивного крытого комплекса «Ильичёвец», предпроектные указания по ремонту и усилению несущих конструкций. - установление общих зависимостей между оптимальными показателями надежности проектируемых конструкций высокого уровня ответственности (на примере большепролетных пространственных покрытий и вертикальных цилиндрических резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов); - натурное освидетельствование эксплуатируемых и поврежденных вследствие ведения боевых действий мостовых сооружений, уточнение временных подвижных нагрузок, действующих на мостовые сооружения, определение остаточного ресурса мостовых сооружений с учетом их усталостного износа; - разработка рекомендаций по технической эксплуатации высотных сооружений на основании комплексного учета особенностей повреждаемости конструкций, процессов износа и методов повышения несущей способности и долговечности. В процессе работы первого этапа НИР получены следующие результаты: 1. Из опыта проектирования и эксплуатации зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях установлено, что использование в расчетах достоверных моделей, учитывающих реальные свойства материалов конструкций и грунтов основания, а также реальные виды воздействий и траектории нагружения при возведении и эксплуатации, позволяет до 30% снизить материалоемкость конструкций и существенно повысить их надежность. На основании этого при продолжении работ по теме запланирована разработка принципиальных цифровых моделей зданий и сооружений как систем «основания – фундаменты – надземные строения», ассоциированных с цифровыми геотехническими моделями площадок строительства. Рядом исследований установлено, что надежность эксплуатации зданий и сооружений, претерпевающих вынужденные перемещения основания, может быть обеспечена исключительно при использовании расчетов, результаты которых анализируются с использование критериев предельных состояний, выраженных в деформациях. Аналитическими исследованиями установлено, что в настоящее время деформационные критерии предельных состояний строительных конструкций и оснований разработаны в экспериментальном порядке и на практике используются крайне редко. На основании этого при продолжении работ по теме запланировано разработать экспериментально обоснованные деформационные критерии предельных состояний первой группы (по прочности и устойчивости) для железобетонных, каменных и металлических конструкций. 2. Выполнен критический анализ методов технологии и организации при реконструкции и восстановлении зданий и сооружений. 3. Систематизированы и обобщены данные о причинах и характере повреждений конструкций, вызванных эксплуатационными воздействиями, взрывными воздействиями в результате ведения боевых действий и высокотемпературным нагревом при пожарах. Проведена работа по классификации и систематизации характерных дефектов и повреждений. На основании выполненного анализа раскрывается фактическая работа строительных конструкций и их стыков в том числе с учетом совместной работы строительных конструкций и оснований, оценивается качество изготовления и точность монтажа, уточняются расчетные характеристики материалов. Выполнен анализ приведенных характерных повреждений стен, покрытий и перекрытий, в том числе в результате взрывных и огневых воздействий. Разработаны рекомендации по выбору типа и проектированию усилений стен, что позволит повысить надежность и эффективность проектных работ при реконструкции зданий и сооружений. 4. В результате натурного освидетельствования несущих металлических конструкций крытого спортивного комплекса «Ильичёвец» (г. Мариуполь) выявлены основные повреждения, значительно снижающие несущую способность конструкций. Полученные данные позволяют выполнить уточненный поверочный расчет пространственной стержневой модели покрытия, получить практические рекомендации по восстановлению несущей способности большепролетных пространственных металлических конструкций покрытий спортивных объектов. 5. Для большепролетных пространственных покрытий и вертикальных цилиндрических резервуаров проведены численные исследования, базирующиеся на применении универсальных расчетных комплексов и программных продуктов авторской разработки. Выполнены экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния на моделях исследуемых конструкций и аэродинамических процессов, изучаемых с помощью аэродинамической трубы МАТ-1 ФГБОУ ВО ДОННАСА. Получены зависимости для определения значений показателей надежности проектируемых конструкций, характеризующих их склонность к лавинообразному обрушению. Предложены уточненные методы анализа напряженно-деформированного состояния и оптимального проектирования мембранных систем. Разработаны уточненные подходы по обеспечению надежности конструкций вертикальных цилиндрических резервуаров. Практические результаты внедрены в виде рекомендаций по уточненному проектированию стержневых и мембранных большепролетных конструкций покрытий и конструкций вертикальных цилиндрических резервуаров больших объемов для хранения нефти и нефтепродуктов. 6. В результате исследований получены данные о состоянии транспортных мостовых сооружений на автодорогах Донбасса, выполнена классификация наиболее значимых дефектов и повреждений, влияющих на несущую способность мостовых сооружений, эксплуатируемых на автодорогах Донбасса. Полученные данные позволят уточнить расчетные модели мостовых сооружений на статические и динамические нагрузки с учетом полученных повреждений, оценить их фактическую грузоподъемность и остаточный ресурс, определить усталостный ресурс. 7. Выполнен анализ методов технического обслуживания высотных сооружений, способов диагностики и оценки остаточного ресурса. Разработаны принципы иерархического разбиения высотных сооружений на подсистемы и перехода при оценке технического состояния от элемента к сооружению в целом. Выполнено исследование количественных параметров износа, представлена систематизация повреждений стальных дымовых труб котельных и промышленных предприятий.