СОВРЕМЕННЫЕ ТЕОРИИ РАСЧЁТА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С УЧЁТОМ ФИЗИЧЕСКОЙ И ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ НЕЛИНЕЙНОСТИ

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассматривается применение современных численных методов для оценки напряженно-деформированного состояния зданий и сооружений в сейсмоактивных регионах. Анализируется влияние физической нелинейности материалов и геометрической нелинейности систем на общую устойчивость строительных конструкций, возводимых в Узбекистане. Особое внимание уделяется необходимости перехода от упрощенных линейных моделей к более точным алгоритмам расчета, учитывающим реальные свойства железобетонных каркасов при интенсивных динамических нагрузках. В статье предоставляется подробное описание методики пошагового нелинейного анализа, позволяющей оценить фактический ресурс живучести объектов. Изучаются ключевые аспекты моделирования пластических деформаций в узлах сопряжений элементов.

ABSTRACT

This paper examines the application of modern numerical methods to assessing the stress-strain state of buildings and structures in seismically active regions. The impact of physical nonlinearity of materials and geometric nonlinearity of systems on the overall stability of building structures constructed in Uzbekistan is analyzed. Particular attention is paid to the need to transition from simplified linear models to more accurate calculation algorithms that take into account the actual properties of reinforced concrete frames under intense dynamic loads. The article provides a detailed description of a step-by-step nonlinear analysis methodology for assessing the actual survivability of structures. Key aspects of modeling plastic deformations at element joints are explored.

Ключевые слова: нелинейность, сейсмостойкость, расчет, конструкция, деформация, железобетон, устойчивость, безопасность, моделирование.

Keywords: nonlinearity, seismic resistance, calculation, structure, deformation, reinforced concrete, stability, safety, modeling.

Введение: В современных условиях градостроительства Узбекистана, характеризующихся высокой сейсмической активностью и ростом возведения уникальных высотных объектов, применение теорий нелинейного расчета становится обязательным требованием для обеспечения конструктивной безопасности зданий[1,2]. Действующие государственные нормы КМК 2.01.03-19 «Строительство в сейсмических районах» предписывают переход от линейно-спектральных методов к учету пластических деформаций и геометрических отклонений каркасов при интенсивных динамических нагрузках[3]. Практический опыт проектирования объектов в Ташкенте и Самарканде подтверждает, что игнорирование неупругих свойств железобетона и эффектов второго порядка (P-Delta) приводит к существенным погрешностям в оценке фактической несущей способности сооружений.

Методика пошагового анализа предельного состояния конструкций с использованием метода конечных элементов. Для оценки сейсмостойкости зданий в условиях Узбекистана применяется методика инкрементального нелинейного статического анализа (Pushover analysis), адаптированная в трудах академика Т. Р. Рашидова[4]. Она основана на пошаговом приложении горизонтальной нагрузки с одновременным учетом физической нелинейности материалов через диаграммы состояния «напряжение — деформация» и геометрической нелинейности по деформированной схеме. Данный подход позволяет выявить последовательность образования пластических шарниров в узлах железобетонных каркасов и оценить реальный запас живучести сооружения при расчетном землетрясении.

Результат. Применение методики инкрементального анализа к типовому железобетонному каркасу позволило установить, что учет физической и геометрической нелинейности снижает расчетную жесткость системы на 25 % при достижении пиковых нагрузок[5]. В ходе исследования выявлено, что фактический коэффициент запаса несущей способности составляет 1,4, при этом первые пластические шарниры в ригелях нижних этажей образуются при нагрузке, составляющей 65 % от предельной. Сравнение с линейным расчетом показало увеличение горизонтальных перемещений верхнего узла на 18 %, что доказывает необходимость использования нелинейных моделей для предотвращения критических соударений соседних секций зданий при сейсмических воздействиях.

Таблица 1.

Программное и аппаратное обеспечение для нелинейного расчета конструкций

Заключение. Внедрение современных теорий нелинейного расчета превращает строительное проектирование в Узбекистане в высокоточный инструмент управления безопасностью в условиях сейсмического риска.

Рисунок 1. Сравнение результатов линейного и нелинейного расчета железобетонного каркаса

Эти инновационные подходы позволяют возводить архитектурно смелые и надежные объекты, превращая современные города республики в эталон инженерной мысли, где каждый расчет служит гарантией защиты жизни и долговечности сооружений.

Список литературы:

1. Мардонов, Б. М., & Рашидов, Т. Р. (2021). Численное моделирование нелинейных колебаний многоэтажных зданий при сейсмических воздействиях. Проблемы механики, (2), 15–22.
2. Абдусаттаров, А. А. (2023). Методы учета физической и геометрической нелинейности в расчетах железобетонных каркасных зданий на сейсмостойкость. Universum: технические науки, (5), 44–50.
3. Мирзаев, И., & Ходжиметов, А. (2022). Исследование деформативности узлов строительных конструкций при интенсивных динамических нагрузках. Архитектура и строительство Узбекистана, (1), 32–37.
4. Юсупов, А. К. (2024). Особенности применения нелинейных статических методов расчета для уникальных объектов в условиях Узбекистана. Научный вестник Самаркандского государственного университета, (3), 112–119.
5. Хакимов, Ш. А. (2022). Оценка конструктивной безопасности и живучести зданий с учетом пластических деформаций материалов. Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений, (4), 28–35.
6. Хасилов И.Н., Маматова Ф.К. исследование современных методов утилизации и переработки отходов химических продуктов // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2024. 3(120).