авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Проблемы теории снеговых нагрузок на сооружения

-- [ Страница 2 ] --

2. Дать обоснованную вероятностную оценку запасов воды в снежном покрове на той или иной местности для прогнозирования речного стока и паводков, если причиной последних является таяние снега;

3. Оценить возможность тренда в направлении повышения (или уменьшения) максимальных снеговых нагрузок на грунт и дать прогноз изменения снеговых нагрузок в связи с потеплением климата;

4. Учитывать влияние на потери тепла теплопроводности снега на покрытиях отапливаемых зданий при выборе наиболее рационального термического сопротивления кровли здания;

5. Проводить на основе предложенной структурной модели неоднородной среды исследования теплопроводных, упругих и электрических свойств не только снежного покрова, но и бетона, металлокерамики и других композиционных материалов.

Апробация результатов исследований. Результаты исследований докладывались:

на ежегодных научно-технических конференциях СПбГАСУ в Санкт-Петербурге, 1982 – 2009 гг.;

научно-технической конференции «Надежность и качество строительных конструкций», Куйбышев, 1982;

конференции «Состояние, перспективы развития и применения пространственных строительных конструкций», Свердловск, 1989 г.;

Международном гляциологическом симпозиуме «Будущее гляциосферы в свете меняющегося климата» в Пущино, 2002 г.;

Международной научно-практической конференции «Реконструкция.

Санкт-Петербург – 2003», СПбГАСУ;

VI Всероссийском гидрологическом съезде 28.09 – 01.10.2004 г. в Санкт-Петербурге;

11-й научно-технической конференции «Теория и методы замораживания грунтов» СПбГУНиПТ, 2008 г.

Внедрение результатов исследований. Результаты исследований свойств снеговых нагрузок были приняты ЦНИИСК им. Кучеренко для уточнения СНиП «Нагрузки и воздействия». Для ЗАО «Институт Гипростроймост – Санкт-Петербург» разработаны рекомендации по назначению снеговой нагрузки при проектировании покрытия Крестовского стадиона в Санкт-Петербурге.

Публикации по теме диссертации. Результаты исследований, которые были осуществлены автором лично или совместно с другими авторами, отражены в 32 статьях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 110 наименований ( из них 5 – на иностранном языке) и двух приложений; изложена на 325 стр., содержит 71 табл. и 40 рис.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Показана практическая значимость темы диссертации. Представлен методологический аппарат диссертации, который был в основном отражен выше в общей характеристике работы. Определены проблемы, цели и задачи исследований. Сделан обзор и анализ моделей накопления снега на грунте. Дан анализ исследований по теплопроводности снежного покрова.

        1. ГЛАВА 1. МАКСИМАЛЬНЫЕ СНЕГОВЫЕ НАГРУЗКИ НА ГРУНТ

В результате снегосъемок в -ю зиму с интервалом 8–11 дней получают ряд значений веса снега на грунте из которого определяется наибольшая величина:

(1)

Рассматривается решение двух задач. Во-первых, возможность определения уровня x, превышаемого весом снега с периодом повторяемости T зим по формуле

(2)

где – оценки параметров распределения вероятностей Гумбеля, определяемые на основании выборки значений .

Во-вторых, определение возможного тренда снеговых нагрузок в связи с глобальным потеплением климата.

На основании исследований данных Гидромета установлено, что в течение периода снегонакопления возникает тренд значений . Например, на графике (рис. 1) показан жирной линией существенный тренд снеговых нагрузок, и, следовательно, значения являются зависимыми случайными величинами. Следовательно, гипотеза о независимости значений неверна. Значения в разные декады не будут иметь одинаковые функции распределения вероятностей, т. е. они – неоднородные случайные величины. Принятие допущений о независимости и однородности случайных величин , противоречащих опытным данным, вносит непредсказуемую погрешность в значения уровней x, вычисляемых с помощью распределения Гумбеля. Следовательно, использование максимумов для оценки параметров распределения Гумбеля некорректно в логическом отношении. Одновременно максимумы в выборке можно расположить в порядке их появления в течение n зим наблюдений (рис. 2).

На основании анализа обширных данных об изменениях климатической системы И. И. Борзенкова, М. И. Будыко, Г. В. Менжулин, И. А. Шикломанов, М. С. Маккракен, А. Д. Хект и другие ученые пришли к выводам, что, во-первых, в течение ХХ в. происходило глобальное потепление климата. Во-вторых, количество осадков и испарений в глобальном масштабе также возрастало. В-третьих, количество осадков зимой оказалось больше, чем летом, а испарение летом было больше, чем зимой. В связи с глобальным потеплением климата была разработана методика выявления тренда максимальных снеговых нагрузок на грунт. В частности, установлено, что в Ленинградской области, во второй половине ХХ в. наблюдался значимый тренд снеговых нагрузок (см. рис. 2). Климатологи прогнозируют потепление климата вплоть до 2050 г. и далее. Тогда, например, в Шугозеро с 2000 г. по 2050 г. прогнозируемые максимальные снеговые нагрузки возрастут на 35 %, а в Рощино – на 25 %.

Из графика на рис. 3 видно, что во второй половине ХХ в. значимый тренд снеговых нагрузок в Санкт-Петербурге отсутствовал, а значения являются независимыми случайными величинами. Это связано с влиянием парникового эффекта, вызванным антропогенным фактором. Таким образом, свойства максимумов снеговой нагрузки определяются их последовательностью в выборке. Результаты исследований отражены в работах [1, 6, 9, 10].

ГЛАВА 2. СЛУЧАЙНЫЙ ПРОЦЕСС НАКОПЛЕНИЯ СНЕГА

НА ГРУНТЕ

Пусть – случайная величина веса снега в конце t-й декады i-й зимы. Тогда декадные приращения веса снежного покрова за t-ю декаду i-й зимы вычисляются по формуле:

(3)

Оценками математического ожидания и стандартного отклонения веса снега и его приращения в t-ю декаду будут соответственно выборочные среднее значение и стандартное отклонение, вычисляемые по формулам:

(4)

(5)

где – объем выборки веса снежного покрова (его приращений) в t-ю декаду.

Предложена математическая гипотеза, в соответствии с которой накопление веса снега на грунте – это СП с независимыми декадными приращениями. Показано, что СП с независимыми декадными приращениями является достаточно простой и эффективной моделью накопления веса снега на грунте. Рассмотрены следствия, логически вытекающие из предлагаемой гипотезы, в виде ряда вероятностных задач.

Для обоснования выдвинутой гипотезы каждый член временного ряда , равный сумме декадных приращений за предшествующие декады, представляется в виде суммы детерминированной и случайной составляющих:

(6

Детерминированная компонента – оценка математического ожидания СП накопления снега в конце t-й декады – определяется на основании статистических данных по формуле

(7

При этом не рассматриваются в отдельности физические процессы возрастания и уменьшения веса снега, которые тесно переплетаются друг с другом. Колебание вокруг значения происходит в результате взаимодействия случайных по своей природе осадков и оттепелей. Осадки и оттепели вызывают некоторое возмущение в весе снега, присущее случайным событиям и обуславливающее появление случайной компоненты . Последняя хаотична и непредсказуема в каждую из n зим наблюдений, но равновероятна по знаку. Случайную компоненту в t-ю декаду i-й зимы найдем с учетом (7) из формулы (6):

(8)

Из формулы (8) видно, что случайные свойства веса снега определяются случайными свойствами центрированных декадных приращений, которые в j-ю декаду i-й зимы вычисляются по формуле

(9)

Свойства центрированных декадных приращений. Независимость приращений является обязательным условием для применения статистических методов оценивания параметров распределения, критериев согласия статистической модели с опытными данными.

Установлено, что центрированные декадные приращения являются, во-первых, взаимно независимыми, во-вторых, нормально распределенными. В-третьих, математическое ожидание приращений имеют значения при всех значениях t. Поскольку доказано, что значения – независимые случайные величины, то значения при значении являются реализацией случайного процесса с независимыми приращениями в i-ю зиму. Оценки дисперсий декадных приращений изменяются случайным образом в относительно небольшом интервале. Полагаем, что эти дисперсии одинаковы, т. е. , а изменения их оценок при всех значениях t вызваны статистической изменчивостью результатов снегосъемки в течение декад устойчивого снежного покрова. Поскольку доказано, что это предположение не противоречит опытным данным, то значения центрированных декадных приращений образуют стационарный СП.

Оценка дисперсии декадных приращений снеговой нагрузки в период устойчивого снежного покрова по результатам наблюдений за n зим равна

(10)

Здесь – число декадных приращений за r декад периода устойчивого снежного покрова.

Выборки декадных приращений проверялись на наличие в них резко выделяющихся анормальных приращений с использованием правила “трех сигма”

(11)

В случае обнаружения приращения, не удовлетворяющего неравенству (11), это приращение удалялось из выборки, как грубая ошибка. Значение (10) пересчитывалось, и проверка выполнения неравенства (11) повторялась. Из табл. 1 видно, что при использовании неравенства (11) для исключения резко выделяющихся приращений выборочный стандарт уменьшается на 6–27 %.

Для веса снега в t-ю декаду величина оценки дисперсии зависит от того, в какой из двух фаз находится процесс накопления:

(12)

Пример выравнивания выборочных стандартов (4) и показан на рис. 4. Сопоставление выборочных стандартов веса снега, вычисляемых по (5) и (14), с линией тренда помогает выявлению стационарной фазы.

При помощи критерия согласия (критерия Пирсона) было установлено, что предположение о нормальном распределении декадных приращений не противоречит результатам снегосъемки. Следовательно, распределение веса снега тоже будет нормальным, т. к. при композиции нормальных законов в виде (8) получается снова нормальный закон.

Таким образом, в конце t-й декады случайная величина веса снега на грунте имеет нормальное распределение вероятностей

(13)

Здесь – вероятность непревышения весом снега заданного уровня x; – функция стандартного нормального распределения с параметрами , ; преобразование переводит нормальное распределение с параметрами и в стандартное нормальное распределение. Сопоставление двух моделей для оценки запасов воды в снежном покрове на грунте, представленное в табл. 2, показывает преимущества модели (13). Статистическая модель (13) позволяет решить задачи, которые не рассматривались ранее.

Задача о превышении уровня декадными приращениями веса снега.

1. Пусть задана некоторая величина приращения веса снега. Тогда ожидаемая частота превышения величины приращениями снеговой нагрузки в течение зим равна

(14)

Здесь – произведение вероятностей непревышения приращениями уровня за период из декад устойчивого снежного покрова.

2. Пусть задан период повторяемости T превышения уровня декадными приращениями в течение r декад устойчивого снежного покрова. Тогда величина уровня находится методом подбора из уравнения

(15)

Задача о частоте превышения снеговой нагрузкой заданного уровня . Ожидаемая частота пересечения уровня снеговой нагрузкой в течение зим наблюдений равна:

в конце t-й декады

(16)

в конце любой из декад периода устойчивого снежного покрова

(17)

Ожидаемые и наблюдаемые частоты превышения весом снега уровня

в течение зим наблюдений хорошо согласуются друг с другом.

Задача об определении уровня , превышаемого снеговой нагрузкой периодически в среднем раз в течение зим. При рассмотрении этой задачи различают два уровня x при одном и том же периоде повторяемости :

– уровень , превышаемый весом снега в конце t-й декады устойчивого снежного покрова; – уровень , который может быть превышен весом снега в любую из декад периода устойчивого снежного покрова.

Пусть задан период повторяемости . Тогда

(18

где является решением уравнения

(19)

Уровень определяется методом подбора из уравнения

. (20)

Районирование территории России по снеговым нагрузкам в нормах проектирования вызвано большой изменчивостью снежного покрова в пространстве. Эту изменчивость характеризуют уровни , которые превышаются весом снега в среднем один раз за период Т зим (табл.3). Для сопоставления уровни представим в виде суммы детерминированной и случайной компонент:

, (21)

где – детерминированная компонента – выборочное среднее значение в конце устойчивого снежного покрова; – случайная компонента.

Из табл. 3 видно, что различия в уровнях возникают, главным образом, за счет детерминированных компонент. Например, Санкт-Петербург и Рощино расположены в 60 км друг от друга, но уровни отличаются в 1,5 раза, детерминированные компоненты – в 2,1 раза, а случайные компоненты – всего на 8 %. В указанных географических точках стандартные выборочные отклонения изменяются в пределах 0,130–0,132 кПа. Поэтому возникают небольшие отличия абсолютных значений в уровнях (см. табл. 3).

Задача о числе декад, в течение которых снеговая нагрузка на грунт может превысить уровень за n зим. В период зим ожидаемое число декад , в течение которых вес снега будет выше уровня , равно

(22)

где – вероятность превышения случайной величиной веса снега уровня в -ю декаду устойчивого снежного покрова:

(23)

Результаты расчетов на основе модели (13) хорошо согласуются с результатами снегосъемок в Москве, Санкт-Петербурге, Шугозеро и Рощино Ленинградской области, а также в Хибинских горах.

Результаты исследований отражены в работах [1, 9, 16, 17, 19, 21, 22, 24, 33].

        1. ГЛАВА 3. АНАЛИЗ НОРМ СНЕГОВЫХ НАГРУЗОК НА ГРУНТ

Нормированию снеговых нагрузок посвящены исследования А. А. Бать,

А. А. Гвоздева, А. К. Дюнина, А. П. Булычева, Ю. Д. Сухова, М. В. Завариной, В. И. Липовской, В. Д, Райзера, А. Р. Ржаницына, Л. С. Розенберга, Н. С. Стрелецкого и других исследователей. Однако, сравнивая значения снеговых нагрузок в отечественных и зарубежных нормах, можно предположить, что при проектировании расчетные снеговые нагрузки на обрушившиеся покрытия зданий имели заниженные значения. В работе В. Д. Райзера в качестве наглядного примера приводится сравнение нормативных снеговых нагрузок на границе бывшего СССР и Польши. В СССР соответствующее значение равнялось 0,5 кПа, в ПНР – 0,9…1,1 кПа. В США расчетная снеговая нагрузка равна наибольшей нагрузке за 50 зим, в Канаде – за 30 зим, а в России – за 2…12 зим. Поэтому представляют интерес изменения (модификации) нормирования снеговых нагрузок в новой редакции СНиП «Нагрузки и воздействия», введенные с 1 июля 2003 года.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.