Определение критического значения частоты собственных колебаний и модуля деформации железобетонных строительных конструкций для динамического мониторинга

Введение. Статья является продолжением работ по учету в анализе с помощью вибродиагностики динамических характеристик строительных конструкций зданий, содержащих трещины в бетоне. Разработанные ранее авторами методики позволили сделать оценку ослабления жесткости и уменьшения частоты собственных колебаний в элементах строительных конструкций, а далее определить критическое значение частоты и соответствующего модуля деформации, по достижении которых дальнейшая эксплуатация здания невозможна. Дано описание оригинального подхода определения критического значения частоты собственных колебаний и соответствующего модуля деформации бетона.

Цель. Определение критической частоты собственных колебаний фрагмента здания (перекрытие/стена), по достижении которой дальнейшая эксплуатация здания невозможна.

Материалы и методы. На конкретных примерах получены значения критической частоты собственных колебаний и соответствующее значение модуля деформации перекрытия и стены. Рассмотрено влияние комбинированных граничных условий (сочетание шарнирных опор и жесткой заделки) на частоты собственных колебаний различных строительных конструкций.

Результаты. Полученные результаты расчетов с учетом вибродиагностики для перекрытия характеризуются запасом прочности и несущей способности, а для стены прочность обеспечена, но запас по несущей способности незначительный.

Выводы. Преимуществом предлагаемого подхода, по сравнению с изложенным в методике МЧС, является расчет критического значения частоты собственных колебаний и модуля деформации бетона строительных конструкций зданий.

1. ГОСТ 27751-2014. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения. Москва: Стандартинформ; 2015.

2. ГОСТ Р ИСО 2394-2016. Конструкции строительные. Основные принципы надежности. Москва: Стандартинформ; 2016.

3. EN 1990:2002+A1. Eurocode – Basis of structural design [internet]. Brussels : Management Centre; 2002. Available at: https://www.phd.eng.br/wp-content/uploads/2015/12/en.1990.2002.pdf.

4. СП 385.1325800.2018. Защита зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения. Правила проектирования. Основные положения. Москва: Стандартинформ; 2018.

5. СП 296.1325800.2017. Здания и сооружения. Особые воздействия (с Изменением N 1) [интернет]. Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/555600219 (дата обращения: 09.03.2025).

6. <i>Zhi X., Li W., Fan F.,</i> [et al.]. Influence of initial geometric imperfection on static stability of single-layer reticulated shell structure. Spatial Structures. 2021;27:7. (In Chinese). https://doi.org/10.13849/j.issn.1006-6578.2021.01.009.

7. <i>Li H., Wang C., Han J.</i> Research on Effect of Random Initial Imperfections on Bearing Capacity of Single-Layer Spherical Reticulated Shell. Industrial Construction. 2018;48:23–27. (In Chinese).

8. <i>Liu H., Zhang W., Yuan H.</i> Structural stability analysis of single-layer reticulated shells with stochastic imperfections. Engineering Structures. 2016;124:473–479. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2016.06.046.

9. <i>Xin T., Zhao J., Cui C., Duan Y.</i> A non probabilistic time variant method for structural reliability analysis. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part O: Journal of Risk and Reliability. 2020;234(5):664–675. https://doi.org/10.1177/1748006X20928196.

10. <i>Yang M., Zhang D., Han X.</i> New efficient and robust method for structural reliability analysis and its application in reliability_based design optimization. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2020;366:113018. https://doi.org/10.1016/j.cma.2020.113018.

11. <i>Fu X., Li H.-N., Li G., Dong Z.-Q., Zhao M.</i> Failure Analysis of a Transmission Line Considering the Joint Probability Distribution of Wind Speed and Rain Intensity. Engineering Structures. 2021;233:111913. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.111913.

12. <i>Fu X., Wang J., Li H.-N., Li J.-X., Yang L.-D.</i> Full-scale Test and its Numerical Simulation of a Transmission tower under Extreme Wind Loads. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2019;190:119–133. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2019.04.011.

13. Постановление Правительства РФ № 914 от 20 мая 2022 года «О внесении изменений в постановление Правительства Российской Федерации от 28 мая 2021 г. № 815 [интернет]. Режим доступа: http://government.ru/docs/all/141098.

14. Постановление Правительства РФ от 28 мая 2021 г. № 815 "Об утверждении перечня национальных стандартов и сводов правил (частей таких стандартов и сводов правил), в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», и о признании утратившим силу постановления Правительства Российской Федерации от 4 июля 2020 г. № 985" [интернет]. Режим доступа: http://government.ru/docs/all/134485.

15. СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия (с Изменениями № 1–4). Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* [интернет]. Режим доступа: https://normativ.kontur.ru/document?moduleId=9&documentId=470938.

16. СП 28.13330.2017. Защита строительных конструкций от коррозии. Актуализированная редакция СНиП 2.03 (с Изменениями № 1–3) 11-85 [интернет]. Режим доступа: https://normativ.kontur.ru/document?moduleId=9&documentId=479525.

17. СП 131.13330.2020. Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99* (с Изменением № 1) [интернет]. Режим доступа: https://protect.gost.ru/document.aspx?control=7&baseC=101&RegNum=54&DocOnPageCount=15&page=5&id=239682.

18. СП 59.13330.2020. Доступность зданий и сооружений для маломобильных групп населения. Актуализированная редакция СНиП 35-01-2001 (с изменением № 1) [интернет]. Режим доступа: https://normativ.kontur.ru/document?moduleId=9&documentId=491916.

19. <i>Крупенина Д.С.</i> Надежность строительных конструкций на этапе проектирования. Молодой ученый. 2020;(14):93–94.

20. <i>Бармотин А.А., Дмитренко Е.А., Волков А.С., Машталер С.Н., Недорезов А.В., Казак К.А., Севостьянов Н.А.</i> Информационное моделирование при выполнении обследования зданий. Современное промышленное и гражданское строительство. 2024;20(2):93–109.

21. <i>Долганов А.В.</i> Оптимизация железобетонных сооружений и конструкций по критерию надежности [диссертация]. Москва; 2000.

22. <i>Rui X., Ji K., Li L., McClure G.</i> Dynamic Response of Overhead Transmission Lines with Eccentric Ice Deposits Following Shock Loads. IEEE Transactions on Power Delivery. 2017;32(3):1287–1294. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2015.2501029.

23. <i>Сенькин Н.А., Филимонов А.С. </i>Взаимодействие конструктивных элементов в линейной цепи воздушной линии электропередачи. Жилищное строительство. 2024;(1-2):101–108. https://doi.org/10.31659/0044-4472-2024-1-2-101-108.

24. <i>Ведяков И.И., Еремеев П.Г., Одесский П.Д., Попов Н.А., Соловьев Д.В.</i> Расчет строительных конструкций на прогрессирующее обрушение: нормативные требования. Промышленное и гражданское строительство. 2019;(4):16–24. https://doi.org/10.33622/0869-7019.2019.04.16-24.

25. <i>Adam J.M., Parisi F., Sagaseta J., Lu X.</i> Research and practice on progressive collapse and robust ness of building structures in the 21st century. Engineering Structures. 2018;173:122–149. https://doi.org/10.1016/J.ENGSTRUCT.2018.06.082.

26. <i>Zheng L., Wang W., Li H.</i> Progressive collapse resistance of composite frame with concrete-filled steel tubular column under a penultimate column removal scenario. Journal of Constructional Steel Research. 2022;189:107085. https://doi.org/10.1016/J.JCSR.2021.107085.

27. <i>Перельмутер А.В., Криксунов Э.З., Мосина Н.В.</i> Реализация расчета монолитных жилых зданий на прогрессирующее (лавинообразное) обрушение в среде вычислительного комплекса «SCAD Office». Инженерно-строительный журнал. 2009;(2):13–18.

28. <i>Мущанов В.Ф., Оржеховский А.Н., Цепляев М.Н., Мущанов А.В.</i>. Комплексный подход к оценке надежности пространственных металлических конструкций. Строительство: наука и образование. 2024;14(1):6–23. https://doi.org/10.22227/2305-5502.2024.1.1.

29. <i>Мущанов В.Ф., Оржеховский А.Н., Кащенко М.П., Зубенко А.В.</i> Надежность пространственных стержневых конструкций усеченных большепролетных куполов. Металлические конструкции. 2023;29(1):47–61.

30. <i>Мущанов В.Ф., Оржеховский А.Н., Мущанов А.В., Цепляев М.Н.</i> Надежность пространственных стержневых металлических конструкций высокого уровня ответственности. Вестник МГСУ. 2024;19(5):763–777. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2024.5.763-777.

31. <i>Миронов А.Н., Смирнова Н.С., Оленич Е.Н., Мущанов А.В.</i> Натурное освидетельствование арочных металлических конструкций покрытия спорткомплекса «Ильичевец», г. Мариуполь. Металлические конструкции. 2023;29(3):153–166.