Научное обоснование новых подходов к проектированию оптимальных пространственных строительных металлоконструкций высокого уровня ответственности

Научные проблемы заключаются в: - отсутствии теории расчета и общих принципов проектирования оптимальных пространственных металлических конструкций высокого уровня ответственности, обеспечивающих заданный уровень надежности и устойчивых к развитию прогрессирующего разрушения; - недостаточности и эмпирических знаний о влиянии конструктивных решений узловых соединений на общее напряженно-деформированное состояние и несущую способность основных элементов и соответствующем учете этих факторов при определении численных значений показателей надежности проектируемой конструкции. ЦЕЛЬЮ ПРОЕКТА является разработка научного обоснования новых подходов к проектированию устойчивых к развитию прогрессирующего обрушения оптимальных пространственных строительных металлоконструкций высокого уровня ответственности с гарантированными уровнями надежности ключевых и второстепенных элементов. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ проекта: - разработка принципов формирования уточненных расчетных схем конструктивных элементов пространственных стержневых и листовых металлических конструкций на базе детального конечно-элементного моделирования; - оценка влияния степени детализации расчетных схем на основные параметры напряженно-деформированного состояния исследуемых пространственных конструкций; - обоснование необходимости учета уточненных параметров НДС при анализе предельных состояний элементов конструкций и их соединений; - обоснование для систем повышенного уровня ответственности нового критерия склонности к прогрессирующему (лавинообразному) обрушению, базирующемуся на изменении индекса надежности Δβ; - обоснование установившихся и аварийных расчетных ситуаций для оценки склонности анализируемых систем к лавинообразному обрушению; - разработка общего алгоритма оптимального проектирования конструкций повышенного уровня ответственности, с соблюдением ранжированных уровней надежности для ключевых и второстепенных элементов. Научные проблемы в своем единстве являются значимыми для выбранных: а) приоритетного направления развития науки, технологий и техники в Российской Федерации - 1. Безопасность и противодействие терроризму; б) критических технологий - 21. Технологии предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера; в) направления из Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации - п. 20.д: противодействие техногенным, биогенным, социокультурным угрозам, терроризму и идеологическому экстремизму, а также киберугрозам и иным источникам опасности для общества, экономики и государства АКТУАЛЬНОСТЬ НАУЧНОЙ ПРОБЛЕМЫ - Развитие конструктивных форм пространственных конструкций, применяемых в современном строительстве, приводит к созданию новых конструктивных систем, не имеющих прецедентов в практике строительства. В сочетании с ростом масштабности объектов (увеличением перекрываемых пролетов, высоты и объемов сооружений), использованием новых методов изготовления и монтажа, применением новых материалов это обостряет проблему оценки надежности разрабатываемых проектных решений, для которых в рамках использования традиционного метода предельных состояний не всегда обеспечивается требуемый уровень надежности. Аварии же подобных масштабных сооружений связаны, как правило, с катастрофическими последствиями, которые влекут за собой гибель тысяч людей или материальный ущерб, исчисляемый сотнями миллионов рублей. В дополнении к техническим и технологическим аспектам, порождающим проблему обеспечения надежности строительных объектов повышенного уровня ответственности, в последние годы важность проблемы обострилась угрозой террористических актов в отношении таких объектов, что, также, требует соответствующего учета и совершенствования их методики расчета и проектирования. Отдельные аспекты рассматриваемой проблемы постоянно находятся в поле зрения научных коллективов во всем мире, о чем свидетельствует анализ научных публикаций в изданиях, представленных в ведущих международных базах данных. Однако, в большинстве подобного рода исследований отсутствует комплексный подход к решению проблемы, охватывающий основные этапы проектирования от формирования уточненных расчетных схем до разработки оптимальных конструктивных решений, обеспечивающих сочетание требуемого уровня надежности с достаточной экономичностью. А отсутствие четких, научно обоснованных результатов исследований приводит к тому, что в подавляющем большинстве действующих на сегодняшний день нормативных документов, рекомендации по проектированию сооружений с повышенным уровнем ответственности носят фрагментарный, весьма общий и неконкретный характер, который невозможно реализовать в виде определенного алгоритма проектирования. НАУЧНАЯ НОВИЗНА исследований заключается в: - разработке новых подходов к численной оценке уровня надежности проектных решений пространственных строительных конструкций, отличающихся оценкой надежности узловых соединений конструкций и их влиянием на надежность сооружения в целом; - обосновании для анализируемой расчетной схемы сооружения нового критерия оценки ее склонности к прогрессирующему (лавинообразному) обрушению (Δβ), базирующемся на анализе изменчивости характеристики безопасности (индекса надежности); - разработке общего алгоритма оптимального проектирования конструкций с повышенным уровнем ответственности и соблюдением ранжированных уровней надежности для ключевых и второстепенных элементов.