CC BY
184
РАСЧЕТ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
С. Б. Шматков
В статье предлагается метод отслеживания технического состояния конструкции за время ее эксплуатации и последующая экстраполяция полученных параметров до достижения конструкцией предельных значений
Шматков Сергей Борисович Челябинск, директор ООО ПТИ «Спешкелезобетонроект», к.т.н.
При обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений, оценке их технического состояния, расчет остаточного ресурса строительных конструкций и их элементов является важным и информативным этапом. Для зданий и сооружений на опасных производственных объектах, конструкции которых исчерпали нормативный срок эксплуатации, расчет остаточного ресурса является обязательным [1].
Предлагаемый способ расчета остаточного ресурса базируется на отслеживании параметров, определяющих техническое состояние конструкции, за время эксплуатации и экстраполяции этих параметров до достижения ими предельных значений [2]. Методика расчета остаточного ресурса предполагает, что имеется достоверная информация о техническом состоянии конструкции и выполнены поверочные расчеты с учетом имеющихся дефектов, повреждений, фактических свойств материалов для некоторых моментов эксплуатации. Предельные состояния принимаются в соответствии с правилами проектирования строительных конструкций по предельным состояниям и дополняются конструктивными требованиями.
Исправное состояние предполагает выполнение следующих условий:
1) первого предельного состояния
№,{*„)]„ <к,,„, (1)
где Р,{хт) - функция, характеризующая нагружен-ность конструкции; индекс / обозначает вид расчета по первому предельному состоянию (прочность, устойчивость, усталостное либо хрупкое разрушение и т.п.); хт - параметры, определяющие значения функций Р, (внутренние силы, геометрические характеристики сечений и т.п.); Я, - расчетные характеристики материалов, используемые в г-м расчете по первому предельному состоянию; п - номер расчетного участка (сечения);
2) второго предельного состояния
[5;{у«)]л <*,,„> (2)
где 5/ут) - функции, характеризующие деформированное состояние; индекс у обозначает вид де-
формации (перемещение, прогиб, ширину раскрытия трещин и т.п.); ут - параметры, определяющие значения функции 5/ ; - предельные значения
у-й деформации;
3) конструктивных требований
Срк,п<сркм, (3)
где Ск,„ - конструктивный параметр (геометрические размеры элементов, прочностные, жесткос-ные характеристики и т.п.) на участке и; скл, - предельное значение конструктивного параметра; р -показатель степени, служащий для унификации неравенства (3), причем р= 1, если по нормам требуется, чтобы Ск не превосходил Ски И/7 = -1, если требуется, чтобы Ск был не меньше ск_„.
Выполнение условий (1) - (3) характеризуется коэффициентами запасов кК„, к] т ккгП, представляющих собой отношения правых и левых частей данных неравенств. Исправное состояние предполагает, что все коэффициенты запаса не меньше единицы. Несущая способность (прочность), устойчивость конструкции, недопущение усталостного или хрупкого разрушения будут обеспечены при выполнении к,„ > 1. Коэффициентом запаса конструкции по первому предельному состоянию к/является минимальное значение к, „,т.е.
к/= гшп (&,_„).
Необходимым условием для пригодности конструкции к безопасной эксплуатации является выполнение требования £/> 1.
Коэффициентом запаса конструкции по второму предельному состоянию к5 является минимальное значение кл„, т.е.
к, = тш (£,,„).
При значении к3 < 1 затрудняется нормальная эксплуатация конструкции и (или) снижается ее долговечность из-за недопустимых деформаций (осадок прогибов, кренов, раскрытия трещин).
Конструктивные требования (3) это ограничения по геометрическим прочностным, жесткост-ным параметрам конструкции, по воздействиям среды, устанавливаемые нормативными документами. Их можно разделить на две группы. В первом случае нарушения конструктивных требований вызываются дефектами строительства и незначительными повреждениями (отклонения в геометрических размерах, искривления, нарушение толщины защитного слоя бетона и т.п.). Они приводят к дополнительному увеличению напряжений и деформаций и должны учитываться в расчетах по первому и второму предельным со-
56
Вестник ЮУрГУ, № 22, 2007
Шматков С.Б.
Расчет остаточного ресурса строительных __________конструкций зданий и сооружений
стояниям. Вторая группа конструктивных требований относится к минимально необходимым прочностным и жесткостным характеристикам конструкции, остаточным толщинам, недопустимым технологическим воздействиям (температура, агрессивность среды). Нарушения второй группы конструктивных требований, как правило, качественно меняет поведение конструкции, делает недостоверными выбранные расчетные схемы и способы расчетов. Такие нарушения должны рассматриваться как повреждения категории «А» с принятием незамедлительных противоаварийных мероприятий.
При расчете остаточного ресурса рассматривается изменение коэффициентов запаса к,_п, к /К и ккп во времени от начального состояния в момент времени 4 до рассматриваемого времени эксплуатации конструкции Л За начальное состояние конструкции (при пуске в эксплуатацию) может быть принято ее проектное состояние, дополненное сведениями из исполнительной документации. Если в промежуток времени от ?0 до I достоверные расчетные данные отсутствуют, изменение коэффициентов запаса во времени допускается аппроксимировать квадратичной зависимостью (см. рисунок). В этом случае время, когда коэффициент запаса достигает предельного значения равного единице, вычисляется по формуле:
К = ^(К-Шко-к)- (4)
В случае, когда в промежутке времени от /0 до / есть данные по расчетам конструкции и вычислены соответствующие коэффициенты запаса, для определения 1и могут использоваться более сложные аппроксимации зависимостей к = к(г) с использованием трех и более точек.
После вычисления значения 1и по коэффициентам запаса для первого предельного состояния к, п и по коэффициентам запаса для второй группы конструктивных требований к^„ определяется остаточный ресурс конструкции как минимальный из всех рассчитанных
7’=шт [(?„-0Л], (5)
где р„ - поправочный коэффициент, учитывающий влияние некоторых неучтенных в расчетах
Описание закона изменения коэффициентов запаса во времени
факторов, таких как превышение нормативного срока эксплуатации конструкции, раскрытие трещин в железобетонных конструкциях в прогнозируемый период больше предельных значений; статическую неопределимость рассматриваемого элемента конструкции и возможность перераспределения усилий и т.п.
В тех случаях, когда здание, сооружение или конструкция усилены, частично заменены или реконструированы, начальное состояние усиленных либо замененных элементов (время Г0) принимается соответствующим началу эксплуатации после ремонта.
Изложенный способ расчета остаточного ресурса реализован в виде стандарта предприятия ООО Проектно-технологический институт «СПЕЦЖЕЛЕЗОБЕТОНПРОЕКТ» и используется при обследованиях и экспертизах промышленной безопасности зданий и сооружений.
Литература
1 Положение о порядке продления срока безопасной эксплуатации технических устройств, оборудования и сооружений на опасных производственных объектах. Утв. пост.№ 43 Госгортехнадзора России от 09.07.2002; зарегистрированы Минюстом РФ 05.08.2002, № 3665.
2. РД 09-102-95 Методические указания по определению остаточного ресурса потенциально опасных объектов, поднадзорных Госгортехнадзору России. Утв. пост. Ив 57 Госгортехнадзора России от 17.04.1995.
Серия «Строительство и архитектура», выпуск 5
57
