Себешев Владимир Григорьевич, кандидат технических наук, профессор, почетный член РААСН, профессор кафедры строительной механики
г. Новосибирск
Sebeshev Vladimir G., сandidate of technical science, professor, honorary member of the RAACS, professor of the department of structural mechanics
Novosibirsk
Лукин Егор Константнович, студент Института строительства
г. Новосибирск
Lukin Egor K., student of the Institute of Construction
Novosibirsk
Современные подходы и требования к проектированию и экспертной оценке состояния зданий и сооружений предписывают определение количественных показателей их надежности. Этим обусловлена актуальность вопросов разработки методик расчетов надежности строительных систем с учетом их свойств и условий работы.
Коррозионные повреждения элементов металлических конструкций могут с течением времени приводить к утрате их работоспособности. Цель исследований, представленных в статье, – выявление и количественные описания изменения во времени характеристик надежности, по критерию прочности, первоначально центрально растягиваемого стального стержневого конструктивного элемента кольцевого сечения с учетом неравномерного коррозионного износа, вызывающего возникновение сложного сопротивления стержня – растяжения с изгибом. На основе предложенной пространственно-временнóй модели коррозии с использованием методов теории надежности построены расчетный аппарат и алгоритм определения надежности и долговечности элемента. Выполнены расчеты этих характеристик при варьировании стохастических свойств параметров геометрии сечения стержня, его напряженного состояния и модели коррозии при различных степенях агрессивности среды. Нагружение стержня моделировалось стационарной случайной функцией. Результаты расчетов надежности, вероятности отказа, коэффициента коррозии и временнóй плотности вероятности отказа представлены графиками зависимостей этих величин от времени.
Выполнены оценки влияния на надежность и долговечность конструктивного элемента основных расчетных характеристик стержня и модели коррозионных повреждений. Выявлен эффект значительного увеличения вероятности отказа и снижения долговечности при коррозионном износе, неравномерном по контуру сечения, в сравнении со случаем постоянной толщины слоя коррозии, при сопоставимых значениях коэффициентов коррозии.
Представленные в статье методика и результаты расчетов могут быть использованы для получения решений аналогичных задач в иных постановках (по форме сечения, модели коррозии, при нестационарных режимах нагружения и др.), а также для выполнения инженерных расчетов надежности при проектировании металлических конструкций.
Modern approaches and requirements for the design and expert assessment of the buildings and structures state require the quantitative determination of their reliability indicators. This determines the relevance of the development of methods for calculating the reliability of building systems, taking into account their properties and operating conditions.
Corrosion damage to elements of metal structures can lead to loss of their functionality over time. The purpose of the research presented in the article is to identify and quantitatively describe changes over time in the reliability characteristics, according to the strength criterion, of an initially centrally tensile steel rod structural element of an annular section, taking into account uneven corrosive wear, which causes the occurrence of complex resistance of the rod, namely tension with bending. A calculation apparatus and an algorithm for determining the reliability and durability of an element were constructed using methods of reliability theory and the proposed spatio-time corrosion model. Calculations of these characteristics were carried out by varying the stochastic properties of the parameters of the rod’s cross section geometry, its stress state and the corrosion model at various degrees of corrosion factor aggressiveness. The loading of the rod was modeled by a stationary random function. The results of calculations of reliability, failure probability, corrosion coefficient and time density of failure probability are presented in graphs of the dependences of these values on time.
The influence of the main design characteristics of the rod and the corrosion damage model on the reliability and durability of the structural element was assessed. The effect of a significant increase in the probability of failure and a decrease in durability with corrosion wear, uneven along the contour of the section, was revealed, in comparison with the case of a constant thickness of the corrosion layer, with comparable values of corrosion coefficients.
The methodology and calculation results presented in the article can be used to obtain solutions to similar problems in other formulations (by cross-sectional shape, corrosion model, under non-stationary loading conditions, etc.), as well as to perform engineering reliability calculations when designing metal structures.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.