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

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-29-00139

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

Руководитель Мущанов Владимир Филиппович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донбасская национальная академия строительства и архитектуры» , Донецкая Народная Республика

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-110 - Проектирование зданий и сооружений, строительство эксплуатация

Ключевые слова Пространственные металлические конструкции, оптимальное проектирование, расчетная схема, метод конечных элементов, предельные состояния, надежность, живучесть, прогрессирующее разрушение

Код ГРНТИ67.23.13

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
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. Научные проблемы в своем единстве являются значимыми для выбранного направления из Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации: «Переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, создание систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта». Тематика проекта с связана созданием новых конструкционных материалов, с проектированием и строительством зданий, и СООТВЕТСТВУЕТ ОТРАСЛЯМ ЗНАНИЙ по классификатору РНФ: 09-110 "Проектирование зданий и сооружений, строительство эксплуатация" и 09-603 "Надежность и отказоустойчивость технических систем. Диагностика технического состояния и испытания". 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. НАПРАВЛЕННОСТЬ ПРОЕКТА Проект, при наличии у заявителя некоторого исходного научного задела, направлен на проведение исследований в целях развития новых для научного коллектива тематик (в том числе, на определение объекта и предмета исследования, составление плана исследования, выбор методов исследования) и на формирование новой исследовательской команды. 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.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Мущанов В.Ф., Демидов А.И. О предельном состоянии цилиндрической оболочки с несимметричным неподкрепленным вырезом Журнал теоретической и прикладной механики, №1(78)/2022, с. 52-68 (год публикации - 2022)
10.24412/0136-4545-2022-1-52-68

2. Мущанов В.Ф. К анализу основных положений нормативных документов по предотвращению лавинообразного обрушения конструкций зданий (часть 1) Металлические конструкции, том 28, номер 2, стр. 63–78 (год публикации - 2022)

3. Мущанов В.Ф. Развитие подходов к обеспечению надежности конструкций уникальных зданий и сооружений на стадии проектирования Строитель Донбасса, №3(20), стр. 17-24 (год публикации - 2022)

4. Мущанов В.Ф., Цепляев М.Н., Зубенко А.В., Мущанов А.В., Оржеховский А.Н. The stability of the tank shell: refined design schemes Magazine of Civil Engineering, 2023. 119(3). Article No. 11906 (год публикации - 2023)
10.34910/MCE.119.6

5. Мущанов В.Ф., Оржеховский А.Н. Numerical methods in assessing the reliability of spatial metal structures of a high level of responsibility Construction of Unique Buildings and Structures, 106 Article No 10605 (год публикации - 2023)
10.4123/CUBS.106.05

6. Мущанов В.Ф., Мущанов А.В., Цепляев М.Н., Оржеховский А.Н. К оценке устойчивости элементов пространственных конструкций Construction of Unique Buildings and Structures, 2023, 109, Article No 10917 (год публикации - 2023)
10.4123/CUBS.109.17

7. Мущанов В.Ф., Оржеховский А.Н., Мущанов А.В., Цепляев М.Н. Optimum space frames on rectangular plans Magazine of Civil Engineering, 2023, 124 (8), article No 12408 (год публикации - 2023)
10.34910/MCE

8. Мущанов В.Ф. Югов А.М. Состояние и основные проблемы строительного комплекса Донецкой Народной Республики Строительство и реконструкция, №4 2023, стр.138-148 (год публикации - 2023)
10.33979/2073-7416-2023-108-4-138-148

9. Мущанов В.Ф., Оржеховский А.Н., Кащенко М.П., Зубенко А.В. Надежность пространственных стержневых конструкций усеченных большепролетных куполов Металлические конструкции, №1, Том 29, стр. 47 - 61 (год публикации - 2023)

10. Мущанов В.Ф. Оржеховский А.Н., Цепляев М.Н., Мущанов А.В Комплексный подход в оценке надежности пространственных металлических конструкций Строительство: наука и образование (год публикации - 2023)

11. Мущанов В.Ф., Оржеховский А.Н., Мущанов А.В., Цепляев М.Н. Надежность пространственных стержневых металлических конструкций высокого уровня ответственности Вестник МГСУ (год публикации - 2024)

12. Мущанов В.Ф., Цепляев М.Н., Мущанов А.В., Оржеховский А.Н. Деформационное поведение усиленных оболочек под воздействием ветра: экспериментальное исследование Architecture and Engineering (год публикации - 2024)

13. Мущанов В.Ф., Конопацкий Е.В., Шпиньков В.А. Особенности совместной работы оболочки мембранного покрытия положительной гауссовой кривизны и подкрепляющего элемента под действием поперечной нагрузки Металлические конструкции (год публикации - 2023)

Публикации