Оптимальное проектирование трубчатых стержневых конструкций, подверженных коррозии

Аннотация

В процессе эксплуатации зданий и сооружений в агрессивных средах их конструкции подвергаются как механическому, так и химическому воздействию, в частности, коррозионному износу. Влияние напряжений на скорость коррозии в расчетах конструкций впервые было учтено В. М. Долинским, исследовавшим прочность растягиваемой тонкостенной трубы, подвергающейся сплошной коррозии, скорость которой считалась линейной функцией интенсивности напряжений. Цель эксплуатации конструкций, работающих в агрессивных средах, заключается в минимизации стоимости ее безопасного срока службы. Однако при решении данной задачи возникает очевидное противоречие. Так, чем дольше конструкция выполняет свои функции, тем ниже стоимость единицы времени ее эксплуатации, но при этом растет вероятность отказа конструкции. Для решения данного конфликта требуется комплексный подход, учитывающий как прочностные, так и экономические показатели проекта. Данное исследование посвящено оптимальному проектированию трубчатых стержневых конструкций, подвергающихся воздействию коррозионной среды. Влияние напряженного состояния на кинетику коррозии конструкции учитывается с помощью коррозионной модели Долинского. В качестве функции цели принимается величина полных ожидаемых затрат, учитывающая помимо начальной стоимости конструкции, надежность и затраты, вызываемые ее отказом. Оптимизируются начальные размеры сечений трубчатых элементов, а также их расчетные сопротивления. В результате исследования получено выражение долговечности, а также решена обратная задача по определению размеров поперечного сечения ферменных элементов конструкций кольцевого сечения (при заданном сроке их эксплуатации), подверженных коррозии, с использованием модели Долинского. Решена задача оптимизации ферменной конструкции, эксплуатируемой в условиях агрессивной среды с применением экономической модели, учитывающей помимо начальной стоимости конструкции надежность и затраты, вызываемые ее отказом. Из полученного оптимального проекта следует, что величина надежности стремится к единице, что приводит к исключению ущерба, вызываемого отказом конструкции, который намного превышает ее начальную стоимость.