ФОРМАТЫ МЕТОДА КОЭФФИЦИЕНТОВ НАДЕЖНОСТИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ

Виктор Владимирович Тур; Виталий Валерьевич Надольский

doi:10.36773/1818-1112-2024-134-2-34-40

Авторы

Виктор Владимирович Тур УО «Брестский государственный технический университет» https://orcid.org/0000-0001-6046-1974
Виталий Валерьевич Надольский Белорусский национальный технический университет https://orcid.org/0000-0002-4211-7843

DOI:

https://doi.org/10.36773/1818-1112-2024-134-2-34-40

Ключевые слова:

формат метода коэффициентов надежности, нелинейные модели несущей способности, метод конечных элементов, железобетонные конструкции, вероятностный метод, коэффициенты надежности, неопределенности, Еврокод

Аннотация

В международных нормативных документах появляются требования, относящиеся к нелинейному конечно-элементному анализу конструкций и конструктивных систем, а главное – к обеспечению требуемого уровня надежности при выполнении такого анализа. Внесение в нормативные документы требований, относящихся к нелинейному анализу конструкций, связано как с возросшим интересом к данной проблеме при переходе на новые методы проектирования, так и новыми возможностями в связи с развитием компьютерной техники и программного обеспечения различного уровня, что создает возможности для такого проектирования. Учитывая то, что это направление является новым и не сформированным, вследствие чего возникает ряд терминологических и методологических нестыковок в научной литературе, в данной статье критически проанализированы подходы к обеспечению надежности при выполнении нелинейного анализа
(не акцентируя внимания на реализации собственно нелинейной модели сопротивления), включенные в проекты нормативных документов prEN1990 и prEN1992. На основании аналитического обзора исследований представлены описание и критический анализ форматов записи метода коэффициентов надежности для железобетонных конструкций, проектируемых на основе нелинейных конечно-элементных моделей.
Систематизированы форматы записи метода коэффициентов надежности в зависимости (i) от того, на каком этапе происходит учет неопределенности базисных переменных и переход к расчетным значениям, (ii) от того, как вводятся изменчивости базисных переменных и погрешности модели, (iii) от того являются ли значения частных коэффициентов фиксированными или «регулируемыми». Сформированы две основные задачи, сдерживающие применение нелинейных конечно-элементных моделей в повседневном проектировании. Первая связана
с методами оценки коэффициента вариации несущей способности конструкции. Вторая связана с отсутствием статистических параметров погрешности конечно-элементных моделей.

Биографии авторов

Виктор Владимирович Тур, УО «Брестский государственный технический университет»

Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии бетона и строительных материалов УО «Брестский государственный технический университет», заслуженный работник образования РБ, г. Брест, Республика Беларусь.

Виталий Валерьевич Надольский, Белорусский национальный технический университет

Кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии строительного производства УО «Брестский государственный технический университет», г. Брест; доцент кафедры строительных конструкций, Белорусский национальный технический университет, г. Минск, Республика Беларусь.

Библиографические ссылки

Shear resistance evaluation of prestressed concrete bridge beams: fib Model Code 2010 guidelines for level IV approximations / B. Belletti [et al.] // Structural Concrete. – 2013. – Vol. 14 (3). – P. 242–249. – https://doi.org/10.1002/suco.201200046.

Schlune, H. Safety formats for nonlinear analysis tested on concrete beams subjected to shear forces and bending moments / H. Schlune, M. Plos, K. Gylltoft // Engineering Structures. – 2011. – Vol. 33. – P. 2350–2356. – https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2011.04.008.

Olalusi, O. B. Model uncertainties and bias in shear strength predictions of slender stirrup reinforced concrete beams / O. B. Olalusi, C. Viljoen // Structural Concrete. – 2019. – Vol. 21. – P. 316–332. – https://doi.org/10.1002/suco.201800273.

Non-linear material modelling strategy for conventional and highperformance concrete assisted by testing / N. Pressmair [et al.] // Cement and Concrete Research. – 2022. – Vol. 161. – Paper 106933. – https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2022.106933.

Рахмонов, А. Д. Компьютерное моделирование для исследования напряженно-деформированного состояния балок с комбинированным армированием / А. Д. Рахмонов, Н. П. Соловьев, В. М. Поздеев // Вестник МГСУ. – 2014. – № 1. – С. 187–195.

Сафаров, А. Р. Реализация численной модели бетона CSCM применительно к отечественным классам бетонов / А. Р. Сафаров, В. Б. Дорожинский, В. И. Андреев // Вестник МГСУ. – 2023. – Т. 18. – № 4. – С. 545–555. – https://doi.org/10.22227/1997-0935.2023.4.545-555.

Тур, В. В. Концепция проектирования строительных конструкций на основе численных моделей сопротивления / В. В. Тур, В. В. Надольский // Строительство и реконструкция. – 2022. – № 6(104). – С. 78–90. – https://doi.org/10.33979/2073-7416-2022-104-6-78-90.

Non-linear finite element analyses applicable for the design of large reinforced concrete structures / M. Engen [et al.] // European Journal of Environmental and Civil Engineering. – 2017. – Vol. 23. – P. 1381–1403. – https://doi.org/10.1080/19648189.2017.1348993.

Тамразян, А. Г. Анализ надежности железобетонной плиты с корродированной арматурой / А. Г. Тамразян, Т. А. Мацеевич // Строительство и реконструкция. – 2022. – № 1(99). – С. 89–98. – https://doi.org/10.33979/2073-7416-2022-99-1-89-98.

Cervenka, V. Reliability – based non-linear analysis according to fib Model Code 2010 / V. Cervenka // Structures Concrete, Journal of fib. – 2013. – Vol. 14. – Р. 19–28. – https://doi.org/10.1002/suco.201200022.

Allaix, D. L. Global safety format for non-linear analysis of reinforced concrete structures / D. L. Allaix, V. I. Carbone, G. Mancini // Structural Concrete. – 2013. – Vol. 14(1). – P. 29–42. – https://doi.org/10.1002/suco.201200017.

Shlune, H. Safety format for non-linear analysis of concrete structures / H. Shlune, K. Gylltoft, M. Plos // Magazine of Concrete Research. – 2012. – Vol. 64(7). – P. 563–74.

Sykora, M. Safety format for non-linear analysis in the model code – verification of reliability level / M. Sykora, M. Holicky // Proceeding of fib symposium on concrete engineering for excellence and efficiency. – 2011. – P. 943–946.

Cervenka, V. Global safety formats in fib Model Code 2010 for design of concrete structures / V. Cervenka // Proceedings of the 11th Probabilistic Workshop, Brno, – 2013. – ID: 215762212.

Partial safety factor for resistance model uncertainties in 2D nonlinear finite element analysis of reinforced concrete structures / P. Castaldo [et al.] // Engineering Structures. – 2018. – Vol. 176. – P. 746–762. – https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2018.09.041.

Olsson, A. On Latin hypercube sampling for structural reliability analysis / A. Olsson, G. Sandberg, O. Dahlblom // Structural Safety. – 2003. – Vol. 25(1). – P. 47–68.

Vořechovsk, M. Correlation control in small-sample Monte Carlo type simulations I: a simulated annealing approach / M. Vořechovsk, D. Novak // Probabilistic Engineering Mechanics. – 2009. – Vol. 24 (3). – P. 452–462.

Харченко, А. О. Использование вероятностных методов оценки надежности технических объектов на примере технологических и автомобильных систем / А. О. Харченко, А. А. Харченко, Е. А. Владецкая // Мир транспорта и технологических машин. – 2019. – № 4 (67). – С. 3–10.

Лизогуб, А. А. Вероятностный подход к оценке живучести конструктивных систем из сборного и монолитного железобетона / А. А. Лизогуб, А. В. Тур, В. В. Тур // Строительство и реконструкция. – 2023. – № 4 (108). – С. 93–105. – https://doi.org/10.33979/2073-7416-2023-108.

Sattler, F. Probabilistic and semi-probabilistic analyses of bridge structures – multi-level modelling based assessment of existing structures / F. Sattler, A. Strauss // Proceedings of the 1st conference of the European association on quality control of bridges and structures. – 2021. – Vol. 110. – P. 962–970. – https://doi.org/10.1007/978-3-030-91877-4.

Stochastic modelling and assessment of long-span precast prestressed concrete elements failing in shear / O. Slowik [et al.] // Engineering Structures. – 2021. – Vol. 228. – Paper 111500. – https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.111500.

Перельмутер, А. В. Готовы ли мы перейти к нелинейному анализу при проектировании? / А. В. Перельмутер, В. В. Тур // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. – 2017. – Vol. 13. – P. 86–102.

Надольский, В. В. Коэффициенты надежности для нелинейных моделей несущей способности балок с гибкой стенкой / В. В. Надольский // Вестник МГСУ. – 2023. – Т. 18. – № 6. – С. 852–863. – https://doi.org/10.22227/1997-0935.2023.6.852-863.

Novak, L. Estimation of coefficient of variation for structural analysis: the correlation interval approach / L. Novak, D. Novak // Structural Safety. – 2021. – Vol. 92. – Paper 102101. – https://doi.org/10.1016/j.strusafe.2021.102101.

Соловьев, С. А. Метод вероятностного анализа надежности элементов конструкций на основе граничных функций распределения / С. А. Соловьев, А. А. Соловьева // Вестник МГСУ. – 2023. – № 18 (10). – С. 1545–1555. – https://doi.org/10.22227/1997-0935.2023.10.1545-1555.

Castaldo, P. Safety formats for non-linear finite element analysis of reinforced concrete structures: discussion, comparison and proposals / P. Castaldo, D. Gino, G. Mancini // Engineering Structures. – 2019. – Vol. 193. – P. 136–153. – https://doi.org/10.1016/j.engstruct.201.

Aleatory uncertainties with global resistance safety factors for nonlinear analyses of slender reinforced concrete columns / P. Castaldo [et al.] // Engineering Structures. – 2022. – Vol. 255. – Paper 113920. – https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2022.113920.

Тур, В. В. Калибровка значений частных коэффициентов для проверок предельных состояний несущей способности стальных конструкций для условий Республики Беларусь. Часть 2 / В. В. Тур, В. В. Надольский // Строительство и реконструкция. – 2016. – № 5 (67). – С. 69–75.

Bakeer, T. General partial safety factor theory for the assessment of the reliability of nonlinear structural systems / T. Bakeer // Reliability Engineering & System Safety. – 2023. – Vol. 234. – Paper 109150. – https://doi.org/10.1016/j.ress.2023.109150.

Comparison of advanced semi-probabilistic methods for design and assessment of concrete structures / L. Novak [et al.] // Structural Concrete. – 2022. – Vol. 24. – P. 771–787. – https://doi.org/10.1002/suco.202200179.

Уткин, В. С. Расчет несущих элементов конструкций по заданному значению надежности при неполной статистической информации / В. С. Уткин, С. А. Соловьев, О. В. Ярыгина // Строительство и реконструкция. – 2020. – № 1(87). – С. 81–91. – https://doi.org/10.33979/2073-7416-2020-87-1-81-91.

Надольский, В. В. Оценка расчетного значения несущей способности стальных элементов, проектируемых на основе численных моделей / В. В. Надольский // Вестник МГСУ. – 2023. – Т. 18. – Вып. 3. – С. 367–378. – https://doi.org/10.22227/1997-0935.2023.3.367-378.

Caspeele, R. Validation of the harmonized partial factor method for design and assessment of concrete structures as proposed for fib model code 2020 / R. Caspeele, Den Hende K. Van // Structural Concrete. – 2023. – Vol. 24. – P. 4368–4376. – https://doi.org/10.1002/suco.202201109.

Partial factor methods for existing structures according to fib Bulletin 80: Assessment of an existing prestressed concrete bridge / D. Gino [et al.] // Structural Concrete. – 2020. – Vol. 21. – P. 15–31. – https://doi.org/10.1002/suco.201900231.

Slobbe, A. Reliability-based calibration of design code formulas: Application to shear resistance formulas for reinforced concrete members without shear reinforcement / A. Slobbe, A. Rózsás, Y. Yang // Structural Concrete. – 2023. – Vol. 24. – P. 2979–3001. – https://doi.org/10.1002/suco.202200583.