Научная статья на тему 'Методика экспериментальных исследований блоков покрытий промышленных зданий при аварийных воздействиях'

Методика экспериментальных исследований блоков покрытий промышленных зданий при аварийных воздействиях Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
351
91
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Вестник МГСУ
ВАК
RSCI
Ключевые слова
АВАРИИ / ACCIDENTS / ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЗДАНИЯ / INDUSTRIAL BUILDINGS / БЛОК ПОКРЫТИЯ / СТРОПИЛЬНЫЕ ФЕРМЫ / TRUSSES / ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ / EXPERIMENTAL INVESTIGATION / ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА / NUMERICAL MODELING OF THE EXPERIMENT / BLOCK COVERING

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Ерёмин Константин Иванович, Матвеюшкин Сергей Александрович, Арутюнян Геворг Арутюнович

Рассмотрена проблема прогрессирующего обрушения в блоках покрытий промышленных зданий, когда разрушение одной стропильной фермы приводит к обрушению блока. Проведен обзор экспериментальных исследований элементов конструкций блоков покрытий. Приведена методика экспериментальных исследований блоков покрытий при аварийных воздействиях. Представлены результаты экспериментальных исследований и численного моделирования модели блока покрытия, выполнен сравнительный анализ.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Ерёмин Константин Иванович, Матвеюшкин Сергей Александрович, Арутюнян Геворг Арутюнович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Methodology of experimental investigations of block coverings of industrial buildings under emergency influences

At the present moment prevention of emergencies of buildings and structures is still the priority direction of investigations in the construction branch. The statistics shows that the possibility of 25 crashes a year is 1,0, and in case of human losses 0,3. The great number of these emergencies is of a progressive character, when a local crash leads to the crash of the whole construction or of the great part of its structures. We should note that also industrial buildings are among the buildings where major accidents happen. And their number is growing with every year. The following article examines the problem of progressive collapse in block coverings of industrial buildings when the failure of one truss results in the collapse of the entire block. The overview of experimental investigations of the construction elements of block coverings is carried out. The methodology of experimental investigations of block coverings under emergency influences is introduced. The following article also introduces the results of experimental investigations. The numerical modeling of the block covering model is introduced and the comparative analysis with experimental data is performed.

Текст научной работы на тему «Методика экспериментальных исследований блоков покрытий промышленных зданий при аварийных воздействиях»

ВЕСТНИК 12/2015

12/2015

УДК 624.046

К.И. Ерёмин, С.А. Матвеюшкин, Г.А. Арутюнян

НИУМГСУ

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ БЛОКОВ ПОКРЫТИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ ПРИ АВАРИЙНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

Рассмотрена проблема прогрессирующего обрушения в блоках покрытий промышленных зданий, когда разрушение одной стропильной фермы приводит к обрушению блока. Проведен обзор экспериментальных исследований элементов конструкций блоков покрытий. Приведена методика экспериментальных исследований блоков покрытий при аварийных воздействиях. Представлены результаты экспериментальных исследований и численного моделирования модели блока покрытия, выполнен сравнительный анализ.

Ключевые слова: аварии, промышленные здания, блок покрытия, стропильные фермы, экспериментальные исследования, численное моделирование эксперимента

В настоящее время предотвращение аварий зданий и сооружений все еще остается приоритетным направлением исследований в строительной отрасли. Отметим, что аварийные обрушения происходят не только в РФ [1], но и в зарубежных странах [2—5], которые достигают широкомасштабных размеров.

В [6] на основании официальных источников в период с 1994 по 2003 г. приведены статистические данные, оценивающие вероятность количества аварий в зависимости от числа крупных аварий, в т.ч. с человеческими жертвами. Данная статистика показывает, что вероятность двадцати пяти аварий за год равняется 1,0, а с наличием человеческих жертв — 0,3. Значительная часть этих аварий (обрушений) носит прогрессирующий характер, когда начальное локальное обрушение приводит к обрушению всего или непропорционально большей части конструкций. Отметим, что к числу зданий, на которых происходят крупные аварии, также принадлежат промышленные здания, число аварий в которых растет с каждым годом [7].

Проведенный анализ обрушений блоков покрытий промышленных зданий [7] показывает, что в большинстве случаев обрушение носит прогрессирующий характер, когда разрушение одной фермы приводит к обрушению блока покрытия, который является наиболее уязвимой конструкцией в промышленных зданиях. Также усугубляет ситуацию наличие ошибок на стадии проектирования, дефектов и повреждений, допускаемых от стадии изготовления до стадии эксплуатации, которые влияют на несущую способность и способствуют развитию обрушений. Необходимо отметить, что подобные дефекты присутствуют во многих эксплуатируемых зданиях.

В [8] приведен анализ причин обрушения и локального разрушения конструкций большепролетных зданий, где отмечен недостаток обоснований не

Проектирование и конструирование строительных систем. Проблемы механики в строительстве УЕБТЫНС

_мвви

только расчетных, но и экспериментальных исследований конструкций при проектировании. Экспертиза выявила причины обрушения производственного цеха, которыми являлись недооценка реальной жесткости поперечных рам и неучет податливости накладок между поясами и решеткой в узлах стропильной фермы.

Следует отметить необходимость анализа расчетных схем несущих конструкций во время их эксплуатационного периода и при аварийных воздействиях [9].

Проблемы необходимости экспериментальных исследований подчеркиваются и в [10], где отмечается, что на IV съезде международного объединения по строительству мостов и конструкций подчеркивается отставание экспериментальных работ от теоретических исследований. Недостаточность экспериментальных исследований на тот момент времени касалась также комбинированных рам, где ригелем является статистически неопределимая ферма.

В [10] приведены результаты натурных испытаний семи двухпролетных поперечных рам промышленного здания с пролетами 9,0 м, на которые воздействовали разнотипными и комбинированными нагрузками. Экспериментальные данные для вертикально нагруженной комбинированной рамы показали, что первое предельное состояние наступает сразу после потери устойчивости одного из сжатых стержней фермы, после которого происходит перераспределение усилий, и схема сразу начинает терять лишние связи.

Также подчеркивается влияние начальных искривлений сжатых стержней, которые влияют на их несущую способность, снижая ее до 8 %. При наличии начальных искривлений стержни подвергаются изгибу и закручиванию, вследствие чего в сварных швах между сухарями и уголком возникают дополнительные усилия. Проведенный анализ [7] свидетельствует о наличии деформаций в эксплуатируемых промышленных зданиях, стрела искривлений которых достигает до 80,0 мм, при этом положение усугубляется тем, что данные швы назначаются конструктивно.

В [11, 12] приведены результаты исследований стальных ферм из тонкостенных холодногнутых профилей. Исследование напряженно-деформированного состояния (НДС) также проводится для ферм с усиленными узлами [13] или элементами [14].

Подчеркнем, что все вышеперечисленные исследования сопровождались экспериментальными исследованиями в целях удостоверения правильности полученных численных результатов, что говорит о необходимости подтверждения численных исследований экспериментальным путем. При исследовании новых конструкций необходимо провести экспериментальные исследования, в т.ч. на аварийные воздействия, предотвращая тем самым возможное прогрессирующее обрушение.

Необходимо отметить, что в большинстве случаев экспериментальные исследования касались только работы одной отдельной стропильной фермы, и, к сожалению, в настоящее время работа блока покрытий остается мало изученной, особенно при аварийных воздействиях.

ВЕСТНИК 12/2015

12/2015

Целью проведенного эксперимента являлось исследование НДС блока покрытия промышленного здания при аварийном обрушении одной из ферм.

Задачи эксперимента:

воссоздание блока покрытия промышленного здания в модели;

изготовление и испытание модели блока покрытия;

оценка достоверности полученных результатов;

анализ результатов испытания модели блока покрытия;

анализ НДС блока покрытия с учетом результатов эксперимента на модели.

В качестве аварийного воздействия было принято обрушение одной фермы. Аварийное воздействие создавалось постоянно нарастающей нагрузкой.

В [15] отмечается, что при испытании покрытий, главными несущими элементами которых являются стропильные фермы, в качестве экспериментального образца можно выбрать любую ферму за исключением той, что примыкает к связям жесткости (поперечным связям). В противном случае получится не одна плоская ферма, а пространственная конструкция, при наличии которой возможна разгрузка фермы (системы), что может привести к уменьшению деформаций.

Во избежание дополнительной или несимметричной жесткости при воссоздании экспериментального блока покрытия учтем вышеперечисленные требования и смоделируем часть блока покрытия, не примыкающего к поперечным связевым фермам.

В модели горизонтальные связи по верхнему и нижнему поясу, а также вертикальные связи натурной конструкции заменены на узловые связи, которые поставлены во всех узлах.

Рассмотрим блок покрытия, состоящий из пяти стропильных ферм с шагом 6,0 м, удаленных от поперечных связевых ферм.

Поскольку самым распространенным типом сечений в металлических стропильных фермах является пара уголков, то при численном моделировании аварий рассмотрим блок покрытия, имеющий именно такие сечения элементов стропильных ферм. Однако в целях упрощения эксперимента и воссоздания системы натурный блок покрытия — модель покрытия — эксплуатируемый блок покрытия фермы экспериментальной модели изготовлены из квадратных металлических профилей. В качестве натурной конструкции модели покрытия принята стропильная ферма с симметричными сечениями элементов (серия 1.460-5).

Конструктивные схемы натурных, экспериментальных и эксплуатируемых ферм приведены на рис. 1.

Рекомендуемые размеры связевых конструкций приведены в [16]. Сечение элементов зависит от шага ферм и конструкции связей, а не от системы решетки фермы и ее конструктивных особенностей.

Размеры сечений элементов были подобраны согласно теории моделирования [17, 18]. Для удобства моделирования линейные размерности длин уменьшены в 10 раз. Масштабный коэффициент по линейным размерам равен

п = ь!ьт = 10.

Проектирование и конструирование строительных систем. Проблемы механики в строительстве

VESTNIK

JVIGSU

Рис. 1

В формулах (1) и (2) приведены переменные, описывающие прогиб фермы и напряжение в элементах ферм:

5 = /(Ь, Н, ^, а, Ь, Е, п); (1)

а = /(Ь, Н, а, Ь, Е, п), (2)

где Ь — пролет фермы; Н — высота фермы; ^ — нагрузка на ферму; а, Ь — размеры поперечного сечения элемента; Е — модуль упругости; п — коэффициент Пуассона.

При проектировании модели блока покрытия и в последующих расчетах, касающихся масштабных коэффициентов, стропильных ферм исследуемого блока покрытия конструкции ферм принимаем статически определимыми (с шарнирными узлами). Сопряжение связей с фермами также является шарнирным.

В модели сечение элементов стропильных ферм выполнено из квадратных и прямоугольных профилей, а система решетки реализована по подобию эксплуатируемых ферм, вследствии чего модель получается частично подобной [18].

Масштабные коэффициенты между исследуемым блоком покрытия и его моделью приведены в табл. 1.

Отметим, что момент инерции фермы принят равным моментам инерции поясов ферм относительно ее центра тяжести.

При проектировании модели вместо геометрических размеров поперечных размеров элементов использовались площади поперечных сечений А и моменты инерции I. Такое приближение вполне приемлемо и рекомендуется использовать в моделировании для упрощения анализа размерностей. Отметим, что данная модель называется адекватной и пригодна для определения отдельных переменных [18].

Табл. 1. Масштабные коэффициенты

Номер Наименование величин Натурная кон-струк-ция Точная модель Экспериментальная модель Масштабный коэффициент

Точная модель Экспериментальная модель

Материал

1 Модуль упругости Е, Н/мм2 2,06Т05 2,06Т05 2,06Т05 1,0 1,0

2 Коэффициент Пуассона V 0,3 0,3 0,3 1,0 1,0

Стропильная ферма

3 Пролет фермы Ь, м 24,0 2,4 2,4 10,0 10,0

4 Высота фермы Н, м 2,9 0,29 0,3 10,0 9,67

5 Площадь элемента пояса А, см2 33,43 0,334 4,21 10,02 7,94

6 Момент инерции I , см4 эл 967,4 0,0967 9,31 10,04 103,91

7 Момент инерции 4 , см4 ферма^ 14,1 105 141,0 1913,1 10,04 735,73

8 Внешняя нагрузка кН 960,0* 9,6 10,0...100,0 10,02 96,0...9,6

Связи по фермам

9 Длина элемента Ь, м 6,0* 0,6 0,6 10,0 10,0

10 Площадь элемента А, см2 23,3* 0,23 0,785 10,02 29,7

* Приведенные данные приняты по эксплуатируемому блоку покрытия.

С учетом вышеуказанного формулы (1) и (2) примут следующий вид:

5 = /(Ь, Н, I, Е, п); (3)

а = /(Ь, Н, ^, А, Е, п), (4)

где I — момент инерции фермы; А — площадь поперечного сечения элемента.

Модель блока покрытия (рис. 2) изготовлена из стали ВСтЗсп. Фермы изготовлены из квадратных1 40x40x3 и прямоугольных1 40x20x2 труб, а связи между ними из круглой стали2 010 мм. Сварные соединения выполнены ручной дуговой сваркой электродами МР-3С.

1 ГОСТ 30245—2003. Профили стальные гнутые замкнутые сварные квадратные и прямоугольные для строительных конструкций.

2 ГОСТ 2590—88. Прокат стальной горячекатаный круглый.

Проектирование и конструирование строительных систем. Проблемы механики в строительстве УЕБТЫНС

_мвви

Рис. 2

При исследовании НДС при испытании модели блока покрытия были использованы следующие измерительные приборы и оборудование: тензорези-сторы (98 шт.), система измерения деформаций (2 шт.), прогибомеры (3 шт.), гидравлическая станция с гидронасосом, гидроцилиндр, датчик измерения силы и траверса.

Схема нагружения модели блока покрытия с расположением прогибомеров и тензорезисторов приведена на рис. 3: Р — внешняя нагрузка; П1—П3 — про-гибометры; Ф-1—Ф-5 — фермы; С-1—С-7 — связи; цифры без последующих знаков — тензорезисторы на верхней полке элементов поясов; цифры со знаком «*» — тензорезисторы на боковой грани элементов поясов; цифры со знаком «'» — тензорезисторы на связевых элементах

С-1

Рис. 3

Отметим, что тензорезисторы приклеены в середине стержня каждого элемента верхнего и нижнего поясов. В каждом сечении приклеены два тензорези-стора: на верхней полке и боковой грани. На связях тенорезисторы наклеены на середине стержня каждого элемента по одной штуке.

С помощью гидроцилиндра нагрузка передавалась на траверсу, которая перераспределяла ее на средние узлы средней фермы (см. рис. 3). Величина нагрузки контролировалась датчиком силы. Нагружение осуществляется с шагом 10,0 кН. Выдержка нагрузки после каждого шага составляла 4 мин. Данные от тензодатчиков снимались каждые 30 с, а показание прогибомеров — при каждом шаге загружения.

Кроме того, выполнено численное моделирование модели блока покрытия промышленного здания, которое осуществлялось в программном комплексе ЛИРА САПР [19]. В расчетной схеме узлы элементов стропильной фермы сопряжены жестко3, также жесткими принимаются узлы сопряжения связей к фермам. Опорные узлы модели блока покрытия являются шарнирными с учетом податливости в плоскости фермы, которая обусловлена конструкцией опорного узла. Расчет выполнен в геометрически нелинейной постановке по шаговому методу. Элементы модели блока покрытия смоделированы КЭ 301, а податливость опорных узлов КЭ 55.

Отметим, что гибкость элементов поясов ферм модели блока составляет 1 = 10 < 40 [20], следовательно, элемент является стержнем малой гибкости и разрушение происходит не по потере устойчивости, а по потере прочности. При определении величин напряжений в численных расчетах из-за малой гибкости вопросы, касающиеся устойчивости, не рассматривались: элементы рассматривались как внецентренно сжатые или растянутые.

Геометрические размеры и нумерация элементов аварийной фермы с расположением тензорезисторов приведена на рис. 4.

Рис. 4

Выполнен сравнительный анализ экспериментальных и теоретических напряжений в плоскости фермы, результаты которого приведены на рис. 5.

' СНиП 11-23—81*. Стальные конструкции. М. : ФГУП ЦПП, 2005. 90 с.

Проектирование и конструирование строительных систем. Проблемы механики в строительстве

VESTNIK

JVIGSU

ЭлементЗ.1 и 3.3

250 200 150 100 50

Предел гек умести

»'iKcricpiivein" Э-3.1

40

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

60

»0

100

Нагрузка, к1[

"ТсОрНЯ

-Эксперииигт 3-3,3

Элемент 3.2

.100

«

■e 2,41

X 200

1 130

100

CL

= П 50

X

Предел Tel V1'--г H

— — ---

Нагрузка- к11

-Эксперимент Э-3.2

-Теория

Элемент 3.5 и 3.6

40 60

о

-50 -100

-150 -200 -2 SO -300

FIpe,ieJi Teh умести

Нагрузка. кН

-Эксперимент Э-3.5 В Теория —^^Эксперимент Э-З.б

PHC. 5

Сравнительный анализ показывает, что отклонение экспериментальных и теоретических данных не превышает 14 % для элементов 3.1, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6 и 3.7, и 26,0 % для элемента 3.2.

Проанализировав работу элемента 3.2, можно предполагать, что при на-гружении происходило смятие узловых зон, которые находились под нагрузкой, вследствие чего к общим напряжениям добавлялись местные напряжения. Работа узлов менялась из жесткой в шарнирную, а после определенного этапа элемент работал по шарнирной схеме, что приведено в табл. 2. Отметим, что данное изменение расчетной схемы по экспериментальным данным произошло не мгновенно и на работы других элементов существенно не повлияло.

Табл. 2. Работа элемента 3.2

Нагрузка, Эксперимент Теория (жестко) Ас, Теория (шарнир) Ас,

кН ± с , Н/мм2 экс' ± с , Н/мм2 теор' ±% ± с, теор' Н/мм2 ±%

10,0 + 47,27 + 46,50 -1,65 + 34,91 -35,40

20,0 + 88,81 + 92,97 4,47 + 69,38 -28,01

30,0 + 132,80 + 140,69 5,60 + 104,86 -26,64

40,0 + 156,62 + 188,48 16,90 + 139,85 -11,99

50,0 + 192,15 + 236,73 18,83 + 174,84 -9,90

60,0 + 227,01 + 285,51 20,48 + 209,88 -8,16

80,0 + 291,58 + 384,66 24,19 + 280,00 -4,13

90,0 + 321,86 + 435,03 26,01 + 315,05 -2,16

100,0 + 354,79 + 486,01 26,99 + 350,16 -1,32

Результаты сравнительных анализов экспериментальных и теоретических прогибов приведены на рис. 6. Анализ показывает, что максимальное отклонение составляет 19,2 %.

Рис. 6

Проектирование и конструирование строительных систем. Проблемы механики в строительстве УЕБТЫНС

_мвви

Эксперимент был прекращен из-за смятия верхнего узла при суммарной нагрузке на ферму 113,0 кН.

Результаты экспериментальных исследований позволят оценить параметр достижения предельного состояния исследуемого объекта (модели) и получить расчетно-экспериментальные зависимости, характеризующие переход штатных (проектных) упругих состояний ферм и блоков покрытий в опасные аварийные.

Кроме приведенных в данной работе результатов получены экспериментальные результаты работы элементов смежных ферм и связей, которые готовятся к публикации.

Выводы. Опыт эксплуатации строительных объектов показывает необходимость исследований работы конструкций не только на проектные, но и на аварийные воздействия.

Учитывая характер обрушений промышленных зданий со стальными каркасами, экспериментальные исследования на аварийные воздействия необходимо проводить не на отдельных конструкциях, а на блоках.

В результате проведенного экспериментального исследования установлена сходимость экспериментальных данных и численного моделирования по напряжениям в элементах ферм (до 14,0 %) и по прогибам (до 19,2 %).

Библиографический список

1. Еремин К.И., Махутов Н.А., ПавловаГ.А., Шишкина Н.А. Реестр аварий зданий и сооружений 2001—2010 годов. М., 2011. 320 с.

2. Wardhana K., Hadipriono F.C. Study of recent building failures in the United States // Journal of Performance of Constructed. Aug. 2003. Vol. 17. No. 3. Pp. 151—158.

3. Nwafor A.U. Building failures/collapses and their reputational effect on building industry in Nigeria // International Journal of Science and Research. June. 2015. Vol. 4. Issue 6. Pp. 847—853.

4. Taylor D.A. Progressive collapse // Canadian Journal of Civil Engineering. Dec. 1975. Vol. 2. No. 4. Pp. 517—529.

5. Allen D.E., Schriever W.R. Progressive collapse. Abnormal loads and building codes // Proc. Am. Soc. Civ. Eng. National Meeting on Struct. Eng., Clevelend, Ohio. Apr. 1972. Pp. 21—47.

6. Махутов Н.А., Лобов О.И., Еремин К.И. Безопасность России. Безопасность строительного комплекса. М. : МГОФ «Знание», 2012. 798 с.

7. Арутюнян Г.А. Защищенность блоков покрытий промышленных зданий с поврежденными несущими конструкциями от прогрессирующего обрушения // Вестник МГСУ. 2015. № 9. С. 16—27.

8. Белостоцкий А.М. Численное моделирование в экспертизах причин обрушения и локального разрушения конструкций большепролетных зданий // Теория и практика расчета зданий, сооружений и элементов конструкций. Аналитические и численные методы : сб. тр. Междунар. науч.-практ. конф. М. : МГСУ, 2008. С. 174—183.

9. Кабанцев О.В., Тамразян А.Г. Учет изменений расчетной схемы при анализе работы конструкции // Инженерно-строительный журнал. 2014. № 5 (49). С. 15—26.

10. Беленя Е.И. Предельные состояния поперечных рам одноэтажных промышленных зданий. М. : Госстройиздат, 1958. 124 с. (Научное сообщение)

11. Айрумян Э.Л., Белый Г.И. Исследования работы стальной фермы из холод-ногнутых профилей с учетом их местной и общей устойчивости // Промышленное и гражданское строительство. 2010. № 5. С. 41—44.

ВЕСТНИК 12/2015

12/2015

12. Губайдулин Р.Г., Губайдулин М.Р., Муравский В.В. Натурные испытания стропильной фермы из тонкостенных холодногнутых профилей // Предотвращение аварий зданий и сооружений : сб. науч. тр. 21.09.2009. Режим доступа: http://pamag.ru/src/ pressa/112.pdf.

13. Малышкин А.П., Есипов А.В. Экспериментально-теоретические исследования стальных ферм покрытия легкоатлетического манежа в г. Тюмени // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. 2015. № 2. С. 105—115.

14. Родионов И.К. Об экспериментальном исследовании стальной фермы, усиливаемой под нагрузкой с применением сварки // Вектор науки ТГУ. 2015. № 2-1 (32-1). С. 47—51.

15. Аистов Н.Н. Испытание статической нагрузкой строительных конструкций, их элементов и моделей. М. ; Л. : Изд-во Наркомхоза РСФСР, 1938. 240 с.

16. Металлические конструкции. Справочник проектировщик / под ред. Н.П. Мельникова. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Стройиздат, 1980. 776 с.

17. Schenck H. Theories of engineering experimentation / Third edition. USA, 1979. 302 p.

18. Экспериментальная механика: в 2-х кн. Кн. 2. / пер. с англ. Р.И. Непершин, А.М. Соколова, П.Н. Колосовский, Б.Н. Ушаков ; под ред. А. Кобаяси. М. : Мир, 1990. 551 с.

19. Городецкий А.С., Евзеров И.Д. Компьютерные модели конструкций. Киев : Факт, 2005. 344 с.

20. Дарков А.В., Шпиро Г.С. Сопротивление материалов. 4-е изд., перераб. М. : Высш. шк., 1975. 654 с.

Поступила в редакцию в ноябре 2015 г.

Об авторах: Ерёмин Константин Иванович — доктор технических наук, профессор научно-образовательного центра «Испытания сооружений», Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, weld@weld.su;

Матвеюшкин Сергей Александрович — кандидат технических наук, начальник экспертно-диагностической испытательной лаборатории строительных конструкций научно-образовательного центра «Испытания сооружений», Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, samatvey@gmail.com;

Арутюнян Геворг Арутюнович — аспирант научно-образовательного центра «Испытания сооружений», Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, gevhh@mail.ru.

Для цитирования: Ерёмин К.И., Матвеюшкин С.А., Арутюнян Г.А. Методика экспериментальных исследований блоков покрытий промышленных зданий при аварийных воздействиях // Вестник МГСУ. 2015. № 12. С. 34—46.

K.I. Eremin, S.A. Matveyushkin, G.H. Harutyunyan

METHODOLOGY OF EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS OF BLOCK COVERINGS OF INDUSTRIAL BUILDINGS UNDER EMERGENCY INFLUENCES

At the present moment prevention of emergencies of buildings and structures is still the priority direction of investigations in the construction branch. The statistics shows that

Проектирование и конструирование строительных систем. Проблемы механики в строительстве VESTNIK

_MGSU

the possibility of 25 crashes a year is 1,0, and in case of human losses — 0,3. The great number of these emergencies is of a progressive character, when a local crash leads to the crash of the whole construction or of the great part of its structures. We should note that also industrial buildings are among the buildings where major accidents happen. And their number is growing with every year.

The following article examines the problem of progressive collapse in block coverings of industrial buildings when the failure of one truss results in the collapse of the entire block. The overview of experimental investigations of the construction elements of block coverings is carried out. The methodology of experimental investigations of block coverings under emergency influences is introduced. The following article also introduces the results of experimental investigations. The numerical modeling of the block covering model is introduced and the comparative analysis with experimental data is performed.

Key words: accidents, industrial buildings, block covering, trusses, experimental investigation, numerical modeling of the experiment

References

1. Eremin K.I., Makhutov N.A., Pavlova G.A., Shishkina N.A. Reestr avariy zdaniy i sooruzheniy 2001—2010 godov [The Register of Accidents of Buildings and Structures from 2001 to 2010]. Moscow, 2011, 320 p. (In Russian)

2. Wardhana K., Hadipriono F.C. Study of Recent Building Failures in the United States. Journal of Performance of Constructed. Aug. 2003, vol. 17, no. 3, pp. 151—158. DOI: http:// dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0887-3828(2003)17:3(151).

3. Nwafor A.U. Building Failures/Collapses and Their Reputational Effect on Building Industry in Nigeria. International Journal of Science and Research. June 2015, vol. 4, issue 6, pp. 847—853.

4. Taylor D.A. Progressive Collapse. Canadian Journal of Civil Engineering. Dec. 1975, vol. 2, no. 4, pp. 517—529. DOI: http://dx.doi.org/10.1139/l75-047.

5. Allen D.E., Schriever W.R. Progressive Collapse. Abnormal Loads and Building Codes. Proc. Am. Soc. Civ. Eng. National Meeting on Struct. Eng., Clevelend, Ohio. Apr. 1972, pp. 21—47.

6. Makhutov N.A., Lobov O.I., Eremin K.I. Bezopasnost'Rossii. Bezopasnost'stroitel'nogo kompleksa [The Safety of Russia. The Safety of the Construction Complex]. Moscow, MGOF «Znanie» Publ., 2012, 798 p. (In Russian)

7. Harutyunyan G.H. Zashchishchennost' blokov pokrytiy promyshlennykh zdaniy s povrezhdennymi nesushchimi konstruktsiyami ot progressiruyushchego obrusheniya [The Protectability of Block Coverings of Industrial Buildings with Defective Load-Bearing Structures from Progressive Collapse]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2015, no. 9, pp. 16—27. (In Russian)

8. Belostotskiy A.M. Chislennoe modelirovanie v ekspertizakh prichin obrusheniya i lokal'nogo razrusheniya konstruktsiy bol'sheproletnykh zdaniy [Computational Modeling in the Expertise of Collapses and Local Destructions of Big Span Buildings]. Teoriya i praktika rascheta zdaniy, sooruzheniy i elementov konstruktsiy. Analiticheskie i chislennye metody : sbornik trudov Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Theory and Practice of Calculating Buildings, Structures and Structural Elements. Analytical and Numerical Methods : Collection of Works of the International Science and Practice Conference]. Moscow, MGSU Publ., 2008, pp. 174—183. (In Russian)

9. Kabantsev O.V., Tamrazyan A.G. Uchet izmeneniy raschetnoy skhemy pri analize raboty konstruktsii [Account for Changes in the Calculated Scheme during the Analysis of Structural Behavior]. Inzhenerno-stroitel'nyy zhurnal [Magazine of Civil Engineering]. 2014, no. 5 (49), pp. 15—26. (In Russian)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

10. Belenya E.I. Predel'nye sostoyaniya poperechnykh ram odnoetazhnykh promyshlennykh zdaniy [Marginal State of Transverse Frames of Single-Storeyed Industrial Buildings]. Nauchnoe soobshchenie TSNIISK [Scientific Report of CNIISK] Moscow, Stroyizdat Publ., 1958, issue 6, 124 p. (In Russian)

BECTHMK 19/9nl5

12/2015

11. Ayrumyan E.L., Belyy G.I. Issledovaniya raboty stal'noy fermy iz kholodnognutykh profiley s uchetom ikh mestnoy i obshchey ustoychivosti [Investigation of the Steel Truss Operation Made of Cold Formed Profile Taking into Consideration the Local and Overall Stability]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering]. 2010, no. 5, pp. 41—44. (In Russian)

12. Gubaydulin R.G., Gubaydulin M.R., Muravskiy V.V. Naturnye ispytaniya stropil'noy fermy iz tonkostennykh kholodnognutykh profiley [Full-scale Tests of Trusses Made of Thin-Walled Cold Formed Profiles]. Predotvrashchenie avariy zdaniy i sooruzheniy: sbornik nauch-nylh trudov [Prevention of Accidents of Buildings and Constructions: A Collection of Scientific Papers]. 21.09.2009. Available at: http://pamag.ru/src/pressa/112.pdf. (In Russian)

13. Malyshkin A.P., Esipov A.V. Eksperimental'no-teoreticheskie issledovaniya stal'nykh ferm pokrytiya legkoatleticheskogo manezha v g. Tyumeni [Experimental and Theoretical Studies of Steel Roof Trusses of the Athletic Arena in Tyumen]. Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Stroitel'stvo i arkhitektura [PNRPU Construction and Architecture Bulletin]. 2015, no. 2, pp. 105—115. (In Russian)

14. Rodionov I.K. Ob eksperimental'nom issledovanii stal'noy fermy, usilivaemoy pod nagruzkoy s primeneniem svarki [On the Experimental Research of Steel Truss Strengthened under the Load with the Use of Welding]. Vektor nauki TGU [Science Vector of Togliatti State University]. 2015, no. 2-1 (32-1), pp. 47—51. (In Russian)

15. Aistov N.N. Ispytanie staticheskoy nagruzkoy stroitel'nykh konstruktsiy, ikh elemen-tov i modeley [Static Loading Experiment of Building Structures, Their Elements and Models]. Moscow, Leningrad, Narkomkhoz RSFSR Publ., 1938, 240 p. (In Russian)

16. Mel'nikov N.P., editor. Metallicheskie konstruktsii. Spravochnik proektirovshchika [Metal Structures (Reference Book of a Designer)]. 2nd edition, revised. Moscow, Stroyizdat Publ., 1980, 776 p. (In Russian)

17. Schenck H. Theories of Engineering Experimentation. Third edition. USA, 1979, 302 p.

18. Kobayasi A., editor. Eksperimental'naya mekhanika [Experimental Mechanics]. In 2 volumes. Translated from English by R.I. Nepershin, A.M. Sokolova, P.N. Kolosovskiy, B.N. Ushakov. Moscow, Mir Publ., 1990, 551 p. (In Russian)

19. Gorodetskiy A.S., Evzerov I.D. Komp'yuternye modeli konstruktsiy [Computer Models of Structures]. Kiev, Fakt Publ., 2005, 344 p. (In Russian)

20. Darkov A.V., Shpiro G.S. Soprotivlenie materialov [Strength of Materials]. 4th edition, revised. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1975, 654 p. (In Russian)

About the authors: Eremin Konstantin Ivanovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Scientific and Educational Center "Test of Structures", Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; weld@weld.su;

Matveyushkin Sergey Aleksandrovich — Candidate of Technical Sciences, head, Test Laboratory of Building Structures, Scientific and Educational Center "Test of Structures", Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; samatvey@gmail.com;

Harutyunyan Gevorg Harutyunovich — postgraduate student, Scientific and Educational Center "Test of Structures", Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; gevhh@mail.ru.

For citation: Eremin K.I., Matveyushkin S.A., Harutyunyan G.H. Metodika eksperimental'nykh issledovaniy blokov pokrytiy promyshlennykh zdaniy pri avariynykh voz-deystviyakh [Methodology of Experimental Investigations of Block Coverings of Industrial Buildings under Emergency Influences]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2015, no. 12, pp. 34—46. (In Russian)

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.