ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



ПРОЕКТИРОВАНИЕ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ. ПРОБЛЕМЫ МЕХАНИКИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Нелинейный расчет железобетонного сооружения на воздействие воздушной ударной волны

  • Савенков А.Ю. - АО «Атомэнергопроект»
  • Мкртычев О.В. - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
DOI: 10.22227/1997-0935.2019.1.33-45
Страницы: 33-45
Введение. Исследованы методы учета нелинейной работы железобетонных конструкций на примере промышленного сооружения при воздействии на него воздушной ударной волны детонационного взрыва, с использованием современных программных комплексов, основанных на методе конечных элементов. Расчет железобетонного сооружения на воздействие воздушной ударной волны, если к нему не предъявляются повышенные требования к герметичности, в соответствии с действующими нормативными документами необходимо выполнять с учетом упруго-пластической работы, допускаются раскрытие трещин в растянутой зоне бетона и пластические деформации арматуры. Рассмотрен относительно новый в отечественной практике совмещенный подход к определению динамических нагрузок от воздействия ударной волны, реализованный в программном комплексе LS-DYNA, позволяющий учитывать эффекты дальнего взрыва и дифракцию волнами сооружения. Материалы и методы. Исследование напряженно-деформированного состояния конструкций осуществлялось с помощью численного моделирования. Для нелинейного эквивалентно-статического метода используется шаговый алгоритм расчета с постепенным накоплением и распределением напряжений, реализованный в программном комплексе ЛИРА-САПР. Для нелинейного динамического метода - лагранжево-эйлеровая постановка с применением методов газодинамики в программном комплексе LS-DYNA. Результаты. В результате численного моделирования выполнен анализ существующих методов нелинейных расчетов; анализ действующих нагрузок при обтекании ударными волнами сооружения; анализ усилий и перемещений в несущих элементах, а также картины разрушения бетона и арматуры. Выводы. По результатам сравнения двух подходов сделаны выводы о преимуществах и недостатках методов. Отмечено преимущество нелинейных динамических методов расчета перед эквивалентно-статическими. Использование совмещенного подхода к описанию фронта ударной волны дает снижение временных затрат и позволяет с достаточной точностью описать полную картину взаимодействия волны с сооружением. Проведенная работа свидетельствует об актуальности данного исследования и дает возможность перейти к более обоснованным проектным решениям.
  • железобетонное здание;
  • взрывные воздействия;
  • ударная волна;
  • нелинейная динамика;
  • эквивалентно-статические методы;
  • особые предельные состояния;
  • напряженно-деформированное состояние;
Литература
  1. ПиНАЭ-5.6-86. Нормы строительного проектирования атомных станций с реакторами различного типа. М. : Минатомэнерго РФ, 1986.
  2. Общие положения обеспечения безопасности атомных станций (ОПБ 88/97) : НП-001-97 (ПНАЭ Г-01-011-97). М. : Госатомнадзор России, 1998.
  3. Руководство по анализу опасности аварийных взрывов и определению параметров их механического действия : РБ Г-05-039-96. М. : НТЦ ЯРБ Госатомнадзора России, 2000.
  4. Учет внешних воздействий природного и техногенного происхождения на ядерно- и радиационно-опасные объекты : ПНАЭ Г-05-035-94. М. : Федеральный надзор России по ядерной и радиационной безопасности, 1994.
  5. СП 248.1325800.2016 Сооружения подземные. Правила проектирования. М. : Стандартинформ, 2017. 112 с.
  6. Eurocode 1: Actions on structures. Pt. 1-4: General actions - Wind actions : BS EN 1991-1-4:2005. Brussels : CEN / European Committee for Standardization. April 2005.
  7. External human-induced events in site evaluation for nuclear power plants : IAEA Safety Standards Series. Safety Guide No.NS-G-3.1. Vienna : International Atomic Energy Agency, 2002.
  8. ГОСТ 27751-2014. Надежность строительных конструкций.
  9. СП 88.13330.2014. Защитные сооружения гражданской обороны. Актуализированная редакция СНиП II-11-77*. М. : Минстрой России, 2014. 118 с.
  10. СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003.
  11. СП 88.13330.2014. Защитные сооружения гражданской обороны. Актуализированная редакция СНиП II-11-77*. М. : Стандартинформ, 2017.
  12. СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003.
  13. СП 88.13330.2014. Защитные сооружения гражданской обороны.
  14. Bryukhan F. Consideration of hazardous and especially hazardous hydrometeorological impacts in design of buildings and structures of nuclear power plants // MATEC Web of Conferences. 2016. Vol. 86. P. 04005. DOI: 10.1051/matecconf/20168604005
  15. Андреев С.Г., Бабкин А.В., Баум Ф.А., Имховик Н.А., Кобылкин И.Ф., Колпаков В.И. и др. Физика взрыва. 3-е изд., испр., в 2-х т. М. : ФИЗМАТЛИТ, 2004. 832 с.
  16. Бирбраер А.Н., Роледер А.Ю. Экстремальные воздействия на сооружения. СПб. : Изд-во Политехнического университета, 2009. 594 с.
  17. Саргсян А.Е. Динамика и сейсмостойкость сооружений атомных станций. Саров : РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2013. 550 с.
  18. Расторгуев Б.С., Плотников А.И., Хуснутдинов Д.З. Проектирование зданий и сооружений при аварийных взрывных воздействиях. М. : Изд-во АСВ, 2007. 152 с.
  19. Чернуха Н.А. Особенности расчета сооружений на взрывные воздействия в среде SCAD // Инженерно-строительный журнал. 2014. № 1. С. 12-22. DOI: 10.5862/MCE.45.3
  20. Мкртычев О.В., Дорожинский В.Б. Анализ подходов к определению параметров взрывного воздействия // Вестник МГСУ. 2012. № 5. С. 45-49. DOI: 10.22227/1997-0935.2012.5
  21. Мкртычев О.В., Дорожинский В.Б., Лазарев О.В. Расчет конструкций железобетонного здания на взрывные нагрузки в нелинейной динамической постановке // Вестник МГСУ. 2011. № 4. С. 243-247.
  22. Мкртычев О.В., Дорожинский В.Б., Сидоров Д.С. Надежность строительных конструкций при взрывах и пожарах. М. : АСВ, 2016. 173 с.
  23. Верификационный отчет по программному комплексу ЛИРА-САПР. M. : ГУП МНИИТЭП; ЛИРА СЕРВИС; ЛИРА САПР. 2015. Т. 1. URL: https://rflira.ru/services/verification/reports
  24. Тихонов И.Н. Армирование железобетонных конструкций зданий, проектируемых с учетом воздействий особых нагрузок : дисс.. на соиск. уч. ст. докт. техн. наук. М. : НИЦ «Строительство», 2015. 362 с.
  25. Павлов А.С. Численное моделирование взрывных воздействий на здания и сооружения произвольной формы // Academia. Архитектура и строительство. 2017. № 3. С. 108-112.
  26. Мкртычев О.В., Дорожинский В.Б. Безопасность зданий и сооружений при взрывных воздействиях // Вестник НИЦ «Строительство». 2011. Вып. 3-4 (XXVIII). 21 с.
  27. Баженова Т.В., Гвоздева Л.Г. Нестационарные взаимодействия ударных волн. М. : Наука, 1977. 274 с.
  28. Бате К., Вилсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов. М. : Стройиздат, 1982. 448 с.
  29. Van Leer B. Towards the ultimate conservative difference scheme. V. A second-order sequel to Godunov’s method // Journal of Computational Physics. 1979. Vol. 32. Issue 1. Pp. 101-136. DOI: 10.1016/0021-9991(79)90145-1
  30. Абдрахманов Н.Х., Волкова Ю.В. Взаимодействие воздушной ударной волны с наземными объектами // Нефтегазовое дело: электронный научный журнал. 2013. № 6. С. 432-444. URL: http://ogbus.ru/article/view/vzaimodejstvie-vozdushnoj-udarnoj-volny-s-nazemnymi-obektami. DOI: 10.17122/ogbus-2013-6-432-444
  31. Зотова Е.В., Панасюк Л.Н., Блягоз А.М. Расчет конструкций на импульсные воздействия // Новые технологии. 2012. № 3. С. 51-58. URL: http://cyberleninka.ru/article/n/raschet-konstruktsiy-na-impulsnye-vozdeystviya
  32. Hugo Bento Rebelo, Corneliu Cismașiu. A Comparison between three air blast simulation techniques in LS-DYNA // 11th European LS-DYNA Conference, Salzburg, Austria. 2017. URL: https://www.dynalook.com/11th-european-ls-dyna-conference/air-blast/a-comparison-between-three-air-blast-simulation-techniques-in-ls-dyna
  33. Todd P. Slavik. A coupling of empirical explosive blast loads to ALE air domains in LS-DYNA // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2010. Vol. 10. P. 012146. DOI: 10.1088/1757-899X/10/1/012146
  34. Yuli Huang, Michael R. Willford. Validation of LS-DYNA® MMALE with Blast Experiments // 12th International LS-DYNA® Users Conference. 2012. URL: https://www.dynalook.com/12th-international-ls-dyna-conference/blast-impact20-c.pdf
  35. Tabatabaei Z.S., Volz J.S. A comparison between three different blast methods in LS-DYNA®: LBE, MM-ALE, Coupling of LBE and MM-ALE // 12th International LS-DYNA® Users Conference. 2012. URL: https://www.dynalook.com/12th-international-ls-dyna-conference/blast-impact20-d.pdf
  36. Manmohan Goel, Vasant Matsagar, Anil Gupta. An abridged review of blast wave parameters // Defence Science Journal. 2012. Vol. 62. Issue 5. Pp. 300-306. DOI: 10.14429/dsj.62.1149
  37. Chunwei Zhang, Gholamreza Gholipour, Asma Alsadat Mousavi. Nonlinear dynamic behavior of simply-supported RC beams subjected to combined impact-blast loading // Engineering Structures. 2019. Vol. 181. Pp. 124-142. DOI: 10.1016/j.engstruct.2018.12.014
  38. Astarlioglu S., Krauthammer T., Morency D., Tran T.P. Behavior of reinforced concrete columns under combined effects of axial and blast-induced transverse loads // Engineering Structures. 2013. Vol. 55. Pp. 26-34. DOI: 10.1016/j.engstruct.2012.12.040
  39. Hong J., Fang Q., Chen L., Kong X. Numerical predictions of concrete slabs under contact explosion by modified K&C material model // Construction and Building Materials. 2017. Vol. 155. Pp. 1013-1024. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.08.060
  40. Qu Y., Li X., Kong X., Zhang W., Wang X. Numerical simulation on dynamic behavior of reinforced concrete beam with initial cracks subjected to air blast loading // Engineering Structures. 2016. Vol. 128. Pp. 96-110. DOI: 10.1016/j.engstruct.2016.09.032
  41. LS-DYNA. Keyword user’s manual. 2017. Vol. I. Version 971. Livermore Software Technology Corporation (LSTC). URL: https://www.dynasupport.com/manuals/ls-dyna-manuals/ls-dyna-manual-r-8.0-vol-iii
  42. Вальгер С.А. Создание вычислительных технологий для расчета ветровых и ударно-волновых воздействий на конструкции : автореф. дисс.. канд. физ.-мат. наук. Новосибирск, 2015. 16 с.
СКАЧАТЬ (RUS)