Содержание к диссертации
Введение
РАЗДЕЛ 1 Методы обеспечения надежности строительных конструкций специальных промышленных зданий 11
1.1. Характеристика объекта исследования 11
1.2. Обзор методов обеспечения надежности 12
1.3. Модели эксплуатации строительных конструкций 15
1.4. Особенности эксплуатационного процесса строительных конструкций на Украине 18
1.4.1. Модель проведения эксплуатационного процесса 18
1.4.2. Состав эксплуатационных мероприятий 19
1.4.3. Служба эксплуатации 23
1.4.4. Планирование эксплуатационных мероприятий 24
1.5. Эксплуатационный процесс за рубежом 28
1.6. Определение технического состояния и планирование эксплуатационного процесса конструкций с использованием вероятностного подхода 32
1.7. Выводы по разделу 1 36
РАЗДЕЛ 2 Использование показателей надежности при оценке технического состояния строительных конструкций 39
2.1. Структурная схема здания 40
2.2. Определение вероятности безотказной работы отдельных элементов 45
2.3. Определение вероятности безотказной работы отдельных конструкций 54
2.3. Определение вероятности безотказной работы здания в целом 58
2.3.1. Определение вероятности безотказной работы здания с учетом взаимного влияния конструкций 59
2.3.2. Определение вероятности безотказной работы здания без учета взаимного влияния конструкций 61
2.4. Определение минимально допустимой вероятности безотказной работы здания 61
2.5. Выводы по разделу 2 65
РАЗДЕЛ 3 Исследование основных характеристик действительного состояния строительных конструкций 66
3.1. Повреждаемость строительных конструкций 66
3.1.1. Колонны 67
3.1.2. Подкрановые балки 72
3.1.3. Несущие конструкции покрытия 75
3.2. Взаимосвязь характеристик повреждений с уровнем надежности и техническим состоянием конструкций 77
3.2.1. Отсутствие (разрыв) элемента 79
3.2.2. Ослабления поперечного сечения элементов 88
3.2.3. Местные искривления и вмятины элементов. 96
3.3. Выводы по разделу 3 97
РАЗДЕЛ 4 Управление надежностью поврежденных конструкций 99
4.1. Влияние повреждений на напряженное состояние конструкций 99
4.2. Прогнозирование надежности здания 103
4.2.1. Накопление повреждений 105
4.3. Планирование мероприятий по надзору конструкций 107
4.4. Планирование мероприятий по обслуживанию 113
4.5. Стоимость проведения эксплуатационных мероприятий 117
4.6. Оптимизация графика проведения мероприятий 121
4.6.1. Оценка рисков 123
4.7. Усовершенствованная модель эксплуатационного процесса 127
4.8. Рекомендации по проведению эксплуатационного процесса 130
4.8.1. Организация мероприятий по обслуживанию 130
4.8.2. Принципы проведения осмотров 133
4.9. Выводы по разделу 4 135
Основные результаты и выводы по работе 137
Список литературы 139
- Состав эксплуатационных мероприятий
- Определение вероятности безотказной работы отдельных конструкций
- Отсутствие (разрыв) элемента
- Планирование мероприятий по надзору конструкций
Введение к работе
Актуальність теми. Значна частина металоконструкцій, що експлуатуються в Україні, представлена промисловими будівлями. Переважна більшість цих об'єктів побудована в післявоєнний час, в 50-ті–70-ті роки минулого сторіччя і на даний момент термін їх служби становить 30–50 років, що наближається, а часто і перевищує розрахунковий термін служби цих об'єктів. Будівництво нових об'єктів в даний час не вважається доцільним з фінансової точки зору, тому дуже гостро постає проблема забезпечення надійності існуючого парку металоконструкцій. Особливо це стосується підприємств металургійної промисловості, більшість з яких забезпечують безперервний технологічний процес. У даній роботі такі об’єкти названі спеціальними промисловими будівлями. Підтримання надійності таких об’єктів має особливості – неможливість або фінансова недоцільність проведення заміни окремих конструкцій внаслідок неможливості зупинки технологічного процесу або розташування технологічного обладнання. Підтримка надійності таких об’єктів можлива тільки шляхом проведення ремонтів.
На даний час в Україні застосовується планово-профілактична модель експлуатації. Основні документи, що регламентують процес експлуатації, були розроблені в 60-ті–70-ті роки минулого століття і не враховують вимог сьогодення – забезпечувати максимальну надійність конструкцій при мінімумі фінансування. У зв'язку з цим актуальною є проблема забезпечення надійності будівельних конструкцій спеціальних промислових будівель шляхом розробки раціональних методів обслуговування.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертації відповідає актуальним напрямкам науково-технічної політики України в галузі оцінки технічного стану будівель та споруд, що експлуатуються, відповідно до Постанови Кабінету Міністрів України №409 від 05 травня 1997 р. «Про забезпечення надійності і безпечної експлуатації будівель, споруд та інженерних мереж», Розпорядження Кабінету Міністрів України від 11 червня 2003 р. № 351-р "Про схвалення Концепції Державної програми забезпечення технологічної безпеки в основних галузях економіки". Дисертаційна робота виконана в межах держбюджетної теми К–2–07–06 «Вдосконалення аналітичних і чисельних методів розрахунку будівельних конструкцій, їх елементів і з’єднань при дії статичних і динамічних навантажень» (№ 0107U000092). Здобувач є виконавцем даної НДР.
Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є забезпечення гарантованої надійності металевих будівельних конструкцій спеціальних промислових будівель шляхом розробки раціональних методів обслуговування.
Для досягнення мети поставлені наступні задачі:
– вивчити і систематизувати методи забезпечення надійності будівельних конструкцій спеціальних промислових будівель в процесі експлуатації, визначити перспективи застосування даних методів в існуючих соціально-економічних умовах;
– розробити інженерну методику кількісної оцінки надійності окремих елементів, конструкцій і будівлі в цілому при проведенні заходів з обслуговування;
– дослідити вплив недосконалостей основних несучих конструкцій на показники надійності окремих конструкцій і будівлі в цілому;
– розробити інженерну методику оцінки сумісного впливу недосконалостей на технічний стан окремих елементів і конструкцій;
– розробити методику складання і оптимізації графіків проведення і складу заходів щодо обслуговування конструкцій для забезпечення їх надійності в процесі експлуатації.
Об'єкт дослідження – металеві будівельні конструкції спеціальних промислових будівель металургійної промисловості.
Предмет дослідження – забезпечення надійності металевих будівельних конструкцій, що експлуатуються, шляхом розробки раціональних методів обслуговування.
Методи досліджень:
– натурні дослідження будівельних конструкцій, що експлуатуються, з подальшим статистичним аналізом пошкоджуваності і показників їх стану;
– методи теорії надійності при визначенні технічного стану металевих конструкцій, що експлуатуються, і прогнозування зміни їх стану;
– методи математичного моделювання при чисельному аналізі дійсного напружено-деформованого стану металевих конструкцій, що експлуатуються.
Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному:
– запропонована методика кількісної оцінки технічного стану будівельних металоконструкцій при проведенні заходів щодо контролю технічного стану з використанням імовірності безвідмовної роботи;
– розроблена модель забезпечення гарантованої імовірності безвідмовної роботи будівельних металоконструкцій спеціальних промислових будівель шляхом раціонального проведення заходів з поточного контролю та ремонту.
Практичне значення одержаних результатів полягає у наступному:
– розроблена інженерна методика визначення імовірності безвідмовної роботи окремих елементів, конструкцій і будівлі в цілому дає можливість службі експлуатації підприємства без залучення спеціалізованих організацій виконувати кількісну оцінку технічного стану об'єктів, що експлуатуються;
– методика оцінки сумісного впливу недосконалостей на напружений стан елементу спільно з уже наявними рекомендаціями дає можливість оперативно, за результатами поточних оглядів, і без залучення спеціалізованих організацій обґрунтувати необхідність виконання ремонтних робіт;
– запропонована в роботі модель експлуатаційного процесу дозволяє враховувати при плануванні експлуатаційних заходів індивідуальні особливості об'єкту, його об'ємно-планувальне, конструктивне рішення і вимоги технологічного процесу;
– запропонована модель експлуатації дозволяє на підставі показників економічної ефективності і вимог безпеки варіювати терміни проведення заходів щодо обслуговування, що дозволяє раціоналізувати виділення коштів на проведення експлуатаційного процесу.
Впровадження результатів дисертаційної роботи. Результати досліджень були використані:
– при обстеженні й оцінці технічного стану будівельних конструкцій мартенівського цеху ВАТ «Макіївський металургійний завод»;
– при обстеженні й оцінці технічного стану будівельних конструкцій коксосортування ЗАТ «Макїївкокс».
Особистий внесок здобувача полягає в наступному:
– виконані натурні дослідження будівельних конструкцій, чисельні дослідження з вивчення впливу виявлених недосконалостей на напружено-деформований і технічний стан окремих елементів, конструкцій і будівлі в цілому;
– розроблена інженерна методика визначення імовірності безвідмовної роботи окремих елементів, конструкцій і будівлі в цілому;
– розроблена методика оцінки сумісного впливу недосконалостей на напружений стан елементу;
– розроблена модель експлуатації будівельних конструкцій, заснована на прогнозуванні зміни імовірності безвідмовної роботи в процесі експлуатації; розроблені принципи раціоналізації графіків проведення експлуатаційних заходів на основі варіювання гарантованим рівнем імовірності безвідмовної роботи.
Апробація дисертаційної роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися на: VIII Українській науково-технічній конференції «Металеві конструкції: погляд в минуле і майбутнє», м. Києві, 2004 р.; Міжнародній конференції «Строительство–2004», м. Ростов-на-Дону, 2004 р.; V Міжнародній науково-технічній конференції «Будівельні металеві конструкції: сьогодення та перспективи розвитку», м. Київ, 2006 р.
Публікації. За темою дисертації опубліковано 10 наукових праць, в т.ч. сім статей у наукових журналах і збірках (одна стаття одноосібно) і три в матеріалах конференцій. Додатково зміст дисертації також представлений у двох друкованих роботах.
Состав эксплуатационных мероприятий
На Украине в настоящее время применяется планово-профилактическая модель эксплуатации. Данная модель эксплуатации реализуется по заранее составленному плану и направлена на предупреждение или снижение вероятности отказов или ухудшения контролируемого уровня эксплуатационных и функциональных качеств элементов путем проведения профилактических работ по восстановлению или замене элементов. Основными эксплуатационными мероприятиями на настоящий момент являются мероприятия по надзору и обслуживанию конструкций (рис. 1.4).
Мероприятия по надзору конструкций включают в себя осмотры и обследования. Осмотры представляют собой мероприятия по текущему контролю состояния конструкций, которые проводятся цеховой службой эксплуатации. Осмотры бывают текущие (проводятся цеховой службой), периодические – весенние и осенние, внеочередные (проводятся совместно цеховой службой и Службой наблюдения). Обследования представляют собой мероприятия по детальному контролю состояния конструкций, которые проводятся специализированной организацией с периодичностью, определяемой нормативными документами [43].
Мероприятия по обслуживанию конструкций включают в себя ремонты (текущие и капитальные). Текущие ремонты проводятся ежегодно по составу, определенному при проведении осмотров и обследований. Капитальные ремонты проводятся по графику, утвержденному руководством предприятия, с периодичностью согласно требованиям [78] (для зданий с металлическим каркасом каждые 20 лет).
Для рассматриваемых зданий требования к процессу эксплуатации предъявляются [43, 78]. В соответствии с этими требованиями осмотры для различных типов конструкций рекомендуется проводить: для колонн – два раза в месяц, для подкрановых балок – два раза в месяц, для стропильных и подстропильных конструкций – один раз в месяц.
Состав осмотров различных типов конструкций рекомендуется [43] в зависимости от типа конструкции и условий ее эксплуатации. Для рассматриваемых объектов объем осматриваемых за один раз конструкций составляет 20% от их общего числа.
При выполнении этих требований конструкция может считаться безопасной и текущий ремонт, состав которого определяется [78], направлен просто на поддержание текущего состояния конструкции. На практике на различных предприятиях процесс эксплуатации строительных конструкций имеет свои особенности. На основании анализа эксплуатационного процесса на 5 металлургических предприятиях было обнаружено, что состав эксплуатационных мероприятий на всех предприятиях соответствует требованиям нормативных документов. Проанализировав процесс эксплуатации по отдельным видам мероприятий, было обнаружено: а) осмотры – периодичность и количественный состав осмотров соответствует требованиям [43], качественный состав не соответствует требованиям [43] из-за недостаточной численности цеховой службы, а также совмещения ее работниками обязанностей. Препятствиями в процессе поддержания работоспособности конструкций путем своевременного и качественного проведения осмотров является также большое количество эксплуатационной документации и отсутствие средств автоматизации этой операции на предприятиях; 2) обследования – периодичность обследований практически соблюдается, трудности (отсутствие обследований в надлежащее время) наблюдаются изредка только из-за ограниченного финансирования; однако в настоящее время такое происходит все реже. Обследования проводятся с привлечением специализированных организаций. Качественный и количественный состав обследований регулируется финансовыми ограничениями. Обследования в настоящий момент являются практически единственными мероприятиями, которые позволяют достаточно точно классифицировать техническое состояние строительных конструкций и систематизировать информацию об их повреждаемости. С этой точки зрения большим недостатком является отсутствие базы данных по конструкциям на предприятии, которая позволила бы систематизировать данные проведенных обследований и прогнозировать изменение состояния конструкций; 3) текущие ремонты – проводятся ежегодно в основном силами самих организаций, изредка с привлечением подрядных организаций; Состав текущих ремонтов зависит от наличия и объема финансирования, что не позволяет в полной мере достигнуть цели текущего ремонта – поддержание работоспособного состояния конструкций; 4) капитальные ремонты – в связи с ограниченно работоспособным, а иногда и аварийным состоянием объектов капитальные ремонты как таковые не выполняются; вместо них практически всегда выполняется усиление конструкций с привлечением специализированных организаций для разработки проектов и выполнения самого усиления.
Определение вероятности безотказной работы отдельных конструкций
В данной работе в качестве показателя безотказности используется вероятность безотказной работы [30]. Согласно основным положениям теории надежности [7, 105] вероятность безотказной работы представляет собой вероятность выполнения условия (1.1). Данные вектора представляют собой либо конкретные данные наблюдений за соответствующим процессом в течение определенного периода времени, либо зависимости, по которым изменяются значения этих векторов [81]. При использовании данного метода для определения показателей надежности строительных конструкций невозможно использовать массив данных, содержащий конкретные значения рассматриваемых величин, ввиду отсутствия этих данных. В этом случае [103, 139] рекомендуется использовать зависимости, отражающие изменения этих величин – законы распределения.
В настоящее время из всех методов расчета надежности наиболее применяемыми становятся методы статистических испытаний, основанные на проведении массового машинного эксперимента. Такая возможность появилась в последнее время благодаря быстрому росту вычислительных мощностей персональных компьютеров и разработке соответствующего программного обеспечения.
В соответствии с этим в данной работе для определения вероятности безотказной работы отдельных элементов применен метод Монте-Карло [144, 139 и др.]. В этом случае для определения вероятности безотказной работы можно идти двумя путями: 1) рассматривать задачу определения вероятности безотказной работы элемента в полностью вероятностной постановке; 2) рассмотреть задачу частично в детерминистической постановке, а частично как стохастический процесс. Характеристикой воздействия нагрузок на элемент в настоящее время служит напряженно-деформированное состояние элемента. В настоящее время напряжения и деформации в элементах стальных конструкций определяются по методу предельных состояний с использованием частных коэффициентов надежности согласно [116]. В этом случае для первого варианта необходимо учитывать вероятностные характеристики всех используемых в расчете величин – геометрических характеристик элемента, характеристик нагрузок на элемент и их возможное сочетание. В этом случае определение вероятности безотказной работы элемента представляет собой слишком ресурсоемкую задачу даже с использованием современных вычислительных мощностей.
В данной работе предлагается использовать второй подход – рассмотреть задачу частично в детерминистической постановке, а частично в вероятностной. В этом случае характеристики напряженно-деформированного состояния элемента и f/l предлагается определять согласно действующим нормам с применением частных коэффициентов надежности, а резерв прочности G определять, рассматривая R и F как стохастические процессы.
В качестве характеристик случайных величин, используемых при определении вероятности безотказной работы отдельных элементов, в данной работе используются законы распределения этих величин. Законы распределения используемых величин оказывают очень большое влияние на конечный результат, поэтому к определению их вида необходимо подходить очень осторожно. В настоящей методике используется две величины – R (характеристика сопротивления материала элемента) и F (характеристика нагрузок на элемент). Величина R зависит непосредственно от самого материала и ее значения определяются при проведении испытаний материала.
Характеристика нагрузок на элемент F является функцией множества других величин: атмосферных нагрузок (снеговой, ветровой), крановой нагрузки, нагрузки от собственного веса. Каждая из этих нагрузок имеет свои собственные характеристики распределения [103, 139].
В качестве законов распределения для основных величин, используемых в данной работе, [139] рекомендуется применять: величина сопротивления материала – логнормальное распределение с левой границей (сдвинутое логнормальное распределение); нагрузки от собственного веса несущих конструкций – логнормальное распределение; снеговые нагрузки – пуассонов импульсный процесс с треугольным импульсом либо логнормальное распределение; ветровые нагрузки -распределение Вейбулла.
При задании характеристик случайной величины важным является назначение коэффициента вариации этой величины. Для обеспечения достаточной достоверности результатов расчетов конструкций на надежность коэффициенты вариации величин должны назначаться на основании статистической обработки соответствующих данных. Согласно [139] для используемых в работе величин можно принять следующие коэффициенты вариации: величина сопротивления материала (сталь) -v=0,01.. .0,12 в зависимости от профиля элемента и изготовителя; нагрузки от собственного веса несущих конструкций - v=0,05...0,10; снеговая нагрузка - v=0,5...1 (в зависимости от высоты над уровнем моря); ветровые нагрузки - v=0,1.
Поскольку при определении вероятности безотказной работы элемента предлагается использовать в качестве переменной величины не значения нагрузок, а характеристики напряженно-деформированного состояния элемента, то логично, что характеристика этой величины (закон распределения) будет зависеть от характеристик всех входящих в ее состав величин. Анализируя применяемые методы расчета и опираясь на существующие нормативные рекомендации [116] формулу для определения напряжений в элементе без учета различных коэффициентов можно записать в виде:
Отсутствие (разрыв) элемента
На основании натурного освидетельствования строительных конструкций согласно [78] необходимо определить влияние обнаруженных несовершенств конструкций на их техническое состояние, которое определяется путем сравнения фактического напряженно-деформированного состояния конструкций с проектными значениями. Вопросы, связанные с влиянием повреждений на напряженно-деформированное состояние отдельных элементов, исследовались многими авторами [20, 46, 60, 138, 142и др.] и отражены в нормативных документах [43, 98]. В то же время влияние повреждений отдельных элементов на конструкцию в целом не регламентируется и необходимо определять только при помощи проверочного расчета. В процессе обследования характеристикой влияния повреждений отдельного элемента на конструкцию в целом является изменение напряженно-деформированного состояния конструкции (что регламентируется нормами по расчету конструкций) или изменение показателей надежности конструкции, в частности, изменение вероятности безотказной работы (как предложено в настоящей работе). Рассматривая эти виды показателей НДС и вероятность безотказной работы) можно увидеть, что изменение напряженно-деформированного состояния конструкций зависит от совместной работы всех элементов и явно проследить связь характеристик повреждений с окончательным НДС конструкции не представляется возможным. При определении же вероятности безотказной работы мы имеем дело со сложной системой и рассматривать влияние повреждений отдельных элементов на здание в целом предлагается, применяя подход, предложенный в данной работе. Принципы определения вероятности безотказной работы различных типов конструкций представлены в разделе 2.
При определении вероятности безотказной работы исходными данными должны являться результаты проверочного расчета. Поскольку конечным результатом данной работы предполагается разработка методов эксплуатации строительных конструкций для служб эксплуатации предприятий, то в данном случае настоятельно рекомендуется использовать для таких проверочных расчетов автоматизированные алгоритмы. Данные алгоритмы должны быть разработаны на каждый тип конструкции и должны позволять работать с собой простым инженерам служб эксплуатации, не обладающим квалификацией расчетчика. Также при разработке данных алгоритмов рекомендуется применять результаты исследований по действительной работе конструкций промышленных зданий, в частности, приведенных в [47].
При разработке схемы эксплуатации конкретного здания алгоритмы должны охватывать весь спектр типов повреждений для данного здания. Для обследованных зданий было проанализировано влияние обнаруженных повреждений отдельных элементов на вероятность безопасной работы конструкций в целом. Распространенность повреждения принималась по результатам обследований (см. п. 3.1). Основными типами повреждений для расчета были приняты: – отсутствие или разрыв элемента (для колонн одним из наиболее распространенных повреждений является отсутствие опорных элементов решетки колонн в нижнем сечении); – ослабление поперечного сечения элементов (основными повреждениями такого типа являются вырезы в элементах конструкций для пропуска коммуникаций); – местные искривления и вмятины элементов. Отсутствие (разрыв) элемента, как вид повреждения, встречается очень часто в сквозных колоннах, особенно в нижней их части. Основными повреждаемыми элементами являются элементы решетки колонн, которые вырезаются при пропуске коммуникаций. Изредка повреждения такого типа встречаются в подстропильных конструкциях и в горизонтальных связях ферменного типа по колоннам. Такие повреждения изменяют расчетную схему конструкции (объекта), увеличивают расчетные длины и гибкости участков ветвей колонн между узлами крепления решетки. В этом случае, как указывалось выше, необходимо выполнять проверочный расчет для определения влияния повреждения на напряженно-деформированное состояние объекта. Данная задача достаточно сложна и трудоемка, поэтому при ее выполнении целесообразно использовать автоматизированные алгоритмы, которые позволяют упростить задачу. В данном случае была поставлена задача исследовать влияние отсутствия элементов решетки подкрановой части сквозных колонн в нижнем сечении; повреждение было обнаружено во время проведения обследования. В качестве объекта была выбрана поперечная рама здания миксерного отделения, которая представляет собой однопролетное одноэтажное промышленное здание, оборудованное мостовыми кранами. Исследование проводилось в следующем порядке: – на основании результатов обследования была разработана расчетная схема сооружения (расчет проводился при помощи расчетного комплекса SCAD); – обработка данных расчета (определение сочетаний усилий, определение напряжений в элементах расчетной схемы – выполнены в среде MS Excel). Наиболее часто наблюдается отсутствие элементов решетки колонн, особенно на отметках 0.000 (в нижнем сечении). В связи с этим было смоделировано отсутствие элементов решетки в нижнем сечении и в верхнем сечении (под опорной траверсой. На приведенных ниже рисунках 3.12 – 3.13: 1) наглядно показаны элементы, в которых увеличились напряжения вследствие отсутствия элементов решетки колонны, приведены значения увеличения напряжений в элементах в % (при увеличении напряжений более чем на 5%); 2) показаны элементы, напряжения в которых превысили расчетные сопротивления материала вследствие отсутствия элементов решетки колонны; 3) приведены графики изменения напряжений в элементах по сравнению с проектными величинами вследствие отсутствия элементов решетки колонны.
Планирование мероприятий по надзору конструкций
Анализируя порядок определения напряженного состояния элемента можно условно выделить «глобальные» и «локальные» исходные данные для расчета. К «глобальным» исходным данным предлагается относить те характеристики элемента, которые не меняют тип элемента (характер работы в составе конструкции) и вид его поперечного сечения. К таким исходным данным относятся нагрузка на элемент (в том числе изменившаяся за время эксплуатации) и геометрические характеристики неповрежденного сечения (равномерный коррозионный износ допускается). К «локальным» исходным данным относятся остальные повреждения элемента - общие и местные погнутости, вырывы и т.д. В связи с этим порядок определения напряжения в эксплуатируемом элементе предлагается определять в следующей последовательности: 1. Изменение напряжений в элементе от изменения нагрузки. 2. Изменение напряжений в элементе от равномерного износа сечения. 3. Изменение напряжений в элементе от общих погнутостей. 4. Изменение напряжений в элементе от местных погнутостей и вырывов. Таким образом при наличии нескольких повреждений элемента их влияние на его напряженное состояние следует рассматривать последовательно, рассматривая сначала влияние повреждений на элемент в целом, а затем их локальное влияние. Т.е. совместное влияние имеющихся дефектов и повреждений на элемент можно определить по формуле (4.6) с учетом того, что при определении напряжений Оi необходимо учитывать все дополнительные усилия, возникающие в элементе от воздействия повреждений с номерами [1;i-1]. о0 - проектное значение напряжения в элементе; ki - коэффициенты влияния имеющихся повреждений на проектную величину напряжений в элементе 4.2. Прогнозирование надежности здания Как указывалось в разделе 2, техническое состояние конструкций и здания в целом связано с напряженным состоянием элементов конструкций и вероятностью безотказной работы. Соответственно, оценивать работоспособность здания можно с использованием любого из этих параметров. В данной работе предлагается выполнять оценку здания с использованием вероятности безотказной работы. Вероятность безотказной работы отдельных конструкций и объекта в целом предлагается определять с использованием методики, разработанной в разделе 2. В процессе эксплуатации вероятность безотказной работы элементов, конструкций и здания в целом изменяются вследствие воздействия дефектов и повреждений, т.е. итоговое значение вероятности безотказной работы будет являться функцией от: 1) геометрических и физических параметров отдельных элементов; 2) взаимодействия элементов здания при работе под нагрузкой; 3) имеющихся дефектов и повреждений. 1 - характеристика геометрических параметров; R - характеристика физических параметров (прочностных свойств); F - усилия в элементах системы, которые зависят от взаимодействия элементов системы при работе под нагрузкой; k - характеристика влияния повреждений на работоспособность элемента. Или в виде где о = f(Q.,F,k) - характеристика напряженного состояния элемента Определение величин П, R, F описывается как в нормативной литературе [43, 78, 98, 116], так и в различных учебниках, пособиях и руководствах [68, 69, 97].Остается вопрос, как определить величину k. По своей сути характеристика влияния повреждений на работоспособность элемента k представляет собой различные отдельные дефекты и повреждения, параметры которых учитываются при определении характеристик напряженно-деформированного состояния элементов. Влияние отдельных видов повреждений на напряженное состояние элемента было исследовано в разделе 2. Не рассмотренные в данной работе несовершенства конструкций были исследованы в [20, 60, 64, 98. 112, 142 и др.]. Совместное влияния повреждений на напряженное состояние элемента рассмотрено в п. 4.1. Для прогнозирования работоспособности здания во времени необходимо оценить развитие во времени этих несовершенств. В данной работе процесс накопления несовершенств рассматривается не с точки зрения описания конкретного процесса накопления конкретного несовершенства в конкретных условиях, а исключительно как принципиальный подход, на котором будет основываться прогнозирование изменения вероятности безотказной работы элементов (конструкций, здания в целом) в процессе эксплуатации.
Процесс накопления любого несовершенства в простейшем виде можно представить непрерывным равномерным процессом с какими-то начальными параметрами (линия 1 на рис. 4.2). Однако мы не имеем права рассматривать начальные параметры как строго определенную величину. Параметры любого несовершенства являются случайной величиной, разброс которой в процессе эксплуатации определяется периодичностью обследования, объемом выборки, способом и методом контроля и т.д. Т.е. рассматриваемое несовершенство имеет начальные параметры с какими-то отклонениями от среднего значения. Опять же, рассматривая простейший случай, предположим, что значения параметров несовершенства распределены по нормальному закону, следовательно начальные параметры можно записать в виде k+k (на рис. 4.2 точки А, А , A ). Это дает нам возможность в начальный момент времени уже определить разброс вероятности безотказной работы Pmin при параметрах повреждения (k+k), и Pmax при параметрах повреждения (k–k). В процессе эксплуатации параметры повреждения изменяются, в связи с чем через какое-то время, обозначим его t, начальное среднее значение величины несовершенства станет равным k+kt, где kt – величина изменения параметров несовершенства за время t. Но одновременно с этим увеличится и разброс показателей за счет учета возможности развития повреждений с граничными параметрами (максимальными и минимальными) по наиболее неблагоприятным вариантам (соответственно в сторону увеличения и в сторону уменьшения) (рис. 4.2).