РОЗРАХУНОК ЕЛЕМЕНТІВ БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ  ПРИ ДИНАМІЧНИХ НАВАНТАЖЕННЯХ В УМОВАХ НЕВИЗНАЧЕНОСТЕЙ.  СУЧАСНІ ПІДХОДИ. СЕЙСМІКА ТА ВИБУХ (огляд)

Д. Л. Волчок; І. Ф. Кожемякіна; С. Л. Заварикін; С. В. Сахарчук

doi:10.30838/UJCEA.2312.290426.24.1223

Автор(и)

Д. Л. Волчок Український державний університет науки і технологій, ННІ «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури», Україна
І. Ф. Кожемякіна Український державний університет науки і технологій, ННІ «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури», Україна
С. Л. Заварикін Український державний університет науки і технологій, ННІ «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури», Україна
С. В. Сахарчук Український державний університет науки і технологій, ННІ «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури», Україна

DOI:

https://doi.org/10.30838/UJCEA.2312.290426.24.1223

Ключові слова:

невизначеність, алеторна, епістемічна, сейсмічна крихкість, сурогатні моделі, SPCE, Kriging, DR-SM, вибухове навантаження, P–I діаграма, FSI

Анотація

Актуальність роботи. Проблеми інженерії завжди були пов’язані з безпекою та надійністю елементів конструкцій і споруд. У сучасних умовах забезпечення надійності та безпеки будівельних конструкцій великого значення набуває здатність урахування динамічних навантажень різної природи − від сейсмічних коливань до вибухових впливів. Характерною особливістю цих навантажень є висока невизначеність параметрів. Найчастіше до розрахунку конструкцій у динаміці здебільшого спираються на детерміновані схеми аналізу. Вони не дозволяють врахувати вплив невизначеностей на кінцеві інженерні рішення. Це призводить до можливого заниження або завищення оцінок ризику. Актуальним залишаються дослідження, що спрямовані на підвищення точності та надійності прогнозування поведінки елементів будівельних конструкцій при дії динамічних навантажень. Мета дослідження − проведення комплексного огляду сучасних підходів до моделювання динамічної поведінки елементів конструкцій під дією сейсмічних та вибухових навантажень з урахуванням алеторних та епістемічних невизначеностей, з подальшою пропозицією уніфікованої методичної рамки для досліджень і інженерної практики. Методика. Застосовано метод аналізу науково-технічної літератури щодо сучасних напрямків досліджень з урахуванням невизначеностей. Результати. У статті подано огляд сучасних підходів до моделювання динамічної відповіді конструктивних елементів за умов значних алеторних і епістемічних невизначеностей. Узагальнено результати останніх робіт зі сейсмічної крихкості (fragility) на основі стохастичних моделей ґрунтових рухів та метамоделювання (Kriging, SPCE, DR-SM), а також досліджень вибухових навантажень − від аналітичних енергетичних моделей тонкостінних оболонок до FSI-розрахунків ударних хвиль із тонкими пластинами, P–I діаграм, внутрішніх вибухів у сталевих боксах і вузлів залізобетонних каркасів. На цій основі пропонується уніфікована методична рамка для подальших досліджень і практики проєктування: від формалізації невизначеностей до побудови функцій придатності та стандартизованих критеріїв прийняття рішень.

Посилання

Abbiati G., Broccardo M., Abdallah I., Marelli S., Paolacci F. Seismic Fragility Analysis Based on Artificial Ground Motions and Surrogate Modeling of Validated Structural Simulators. engrXiv (Draft). Aarhus University, University of Trento, ETH Zurich, Roma Tre University, 2021.

Kim J., Wang Z. Uncertainty Quantification for Seismic Response Using Dimensionality Reduction-Based Stochastic Simulator. Preprint submitted to Earthquake Engineering and Structural Dynamics. University of California, Berkeley, 2024.

Gauchy C., Feau C., Garnier J. Uncertainty Quantification and Global Sensitivity Analysis of Seismic Fragility Curves Using Kriging. arXiv preprint, arXiv:2210.06266, 2022.

Zhu X., Broccardo M. & Sudret B. Seismic fragility analysis using stochastic polynomial chaos expansions. Probabilistic Engineering Mechanics. 2023. № 72. Р. 103413. URL: https://doi.org/10.1016/j.probengmech.2023.103413

Li L.-M., Zhang D., Yao S.-J. Damage Mode Analysis of Steel Box Structures Subjected to Internal Blast Loading. Applied Sciences. 2022. Vol. 12, № 21. Р. 10974. URL: https://doi.org/10.3390/app122110974

Shin J., Hwang S.-H., Kim J. Numerical Investigation of Blast Performance of Plate-Reinforced Moment-Resisting Connection Using Large Concrete Filled Tubular Section. Applied Sciences. 2020. Vol. 10, № 11. Р. 3700. URL: https://doi.org/10.3390/app10113700

Zhao H., Zeng F., Feng X., Wang S., Huang C., Liu N., Zhang J. Dynamic Response Analysis Method of a High-Strength RC Beam Subjected to Long-Duration Blast Loading. Buildings. 2024. Vol. 14, № 6. Р. 1612. URL: https://doi.org/10.3390/buildings14061612

Ngo T., Mendis P., Gupta A., Ramsay J. Blast Loading and Blast Effects on Structures – An Overview. Electronic Journal of Structural Engineering (EJSE). 2007. Special Issue. Pp. 76–91. URL: https://doi.org/10.56748/ejse.671

Yao S., Chen Y., Sun C., Zhao N., Wang Z., Zhang D. Dynamic Response Mechanism of Thin-Walled Plate under Confined and Unconfined Blast Loads. Journal of Marine Science and Engineering. 2024. Vol. 12, № 2. Р. 224. URL: https://doi.org/10.3390/jmse12020224

Liu P., Xu N., Pan Z.-H. A New Analytical Prediction for Energy Responses of Hemi-Cylindrical Shells to Explosive Blast Load. Buildings. 2019. Vol. 9, № 7. P. 168. URL: https://doi.org/10.3390/buildings9070168

Bailoor S., Annangi A., Seo J. H., Bhardwaj R. (A fluid-structure interaction solver for compressible flows with applications to blast loading on thin elastic structures). Applied Mathematical Modelling. 2017. № 52. Рp. 470–492. URL: https://doi.org/10.1016/j.apm.2017.05.038