Анализ стандартов и разработка критериальных оценок для обеспечения качества и внедрения инноваций в железобетонные изделия Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

микросреду как пространство социальных ролей студентов и преподавателей - организаторов олимпиадного движения; экзосреду как пространство отношений, обеспечивающих педагогическое сопровождение творческого саморазвития студентов в олимпиадных микрогруппах, в единой информационной олим-пиадной сети; макросреду как пространство, обеспечивающее условия для формирования профессионально важных творческих компетенций специалистов через создание системы олимпиадных задач, отражение в них социального и профессионального контекстов будущей деятельности.

Разработанное теоретическое обоснование и концепция олимпиадного движения как эффективного средства формирования профес-

сионально важных творческих компетенций специалиста инновационной сферы, является основой для использования мотивационного воздействия существующих студенческих олимпиад с целью развития на их основе олим-пиадного движения; для проектирования и апробации образовательных технологий, используемых в олимпиадном движении. Включение олимпиадного движения в систему высшего профессионального образования позволит повысить качество образовательного процесса в технических вузах, увеличить долю выпускников, обладающих повышенным уровнем сфор-мированности профессионально важных творческих компетенций и готовностью к инновационной деятельности.

УДК 338.26

Г.И. Коршунов, В.А. Чернышева

АНАЛИЗ СТАНДАРТОВ И РАЗРАБОТКА КРИТЕРИАЛЬНЫХ ОЦЕНОК ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА И ВНЕДРЕНИЯ ИННОВАЦИЙ В ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ

Задача гармонизации нормативной базы РФ с международными стандартами становится все более актуальной для вхождения в ВТО. Анализ динамики изменений требований к железобетонным конструкциям по отечественным нормативным документам и действующим требованиям международных стандартов позволяет сформулировать количественные оценки их качества. Предлагаемый в статье переход от морально устаревших требований к железобетонным изделиям к созданию прототипа актуальной нормативной базы направлен на построение адекватной модели оценки качества железобетонной продукции и внедрение инноваций. Разработка критериальных оценок позволит численно оценивать качество того или иного вида железобетонного изделия.

Необходимость количественной оценки качества железобетонных изделий очевидна. Это позволит сравнивать однотипные изделия, вы-

бирать наилучший вариант, отслеживать динамику изменения качества изделий. Кроме того, количественная оценка является базой для осуществления процесса управления качеством.

Применительно к железобетонным конструкциям в ряде нормативных документов закреплены методические рекомендации по оценке бетонной смеси, прочности, однородности и иных показателей по результатам испытаний по образцам. Однако комплексная оценка качества того или иного железобетонного изделия не определена. Поэтому целью данной работы является разработка критериальных оценок для количественной оценки качества железобетонного изделия или конструкции для здания.

В рамках этой цели необходимо выполнить ряд задач:

- выполнить анализ нормативной базы для

железобетонных конструкций, применяемой в России и в развитых зарубежных странах;

- определить единичные показатели качества железобетонных изделий по действующим нормативным документам, которые всегда применяются для соответствующего вида кон-

струкции;

- провести классификацию единичных показателей и их свёртку;

- разработать критериальную форму для подсчёта комплексных показателей качества железобетонных изделий.

Таблица 1

Нормативная документация

Стандарты

до 1969 1970-1979 1980-1999 2000 -наши дни

ГОСТ 13015-67 СНИП II - В.1 - 62 СНИП II - А.10 - 62 ГОСТ 13015-79 СНИП II - 21 - 75 ГОСТ 4.200-78 ГОСТ 4.250 -79 ГОСТ 13015 - 83 СНИП 2.03.01 - 84 ГОСТ 13015-2003 СНИП 52-01-2003 ТР «О безопасности строительных материалов и изделий»

Перечень требований по Таблица 2 результатам исследования

Требование До 1969 1970-1979 1980-1989 2000-наши дни Зарубежный стандарт Результ. требование

Ширина раскрытия трещин, мм 0,2 0,2 0,2 0,2 0,5 0,2

Отклонения от линейных размеров, мм Д: ±5 Ш: ±5 Т: ±5 Д: ±6- ±13 Ш: ±3- ±5 Т: ±2 - ±5 Д: ±8 - ±50 Ш: ±6 - ±24 Д: ±8 - ±50 Ш: ±6 - ±24 ±3,2 - ±6,4 Д: ±8 - ±50 Ш: ±6 - ±24

Влажность по объёму - 12% 13% 13% - 13%

Плотность, кг/м3 - - 300-1400 500-1800 800-2000 800-2000

Поверхности и диаметры раковин А1 А2 А4 А5 3 4 А1: 0,5 А2: 1 А4: 4 А5: 15 А1: -А2: 1 А4: 10 А5: - А1: -А2: 1 А4: 10 А5: - - А1: -А2: 1 А4: 10 А5: -

Прочность на сжатие, МПа 2,5 - 30 1,5 - 30 2,5 - 40 0,35 - 40 12 - 60 0,35-60

Марка по водонепроницае-мости В 2, В 4, В 6, В 8 В 2, В 4, В 6, В 8, В10, В12 Ш2, Ш4, Ш6, Ш8, Ш10, Ш12 Ш2, Ш4, Ш6, Ш8, Ш10, Ш12 - Ш2, Ш4, Ш6, Ш8, Ш10, Ш12, Ш16

Марка по морозостойкости Мрз 10, Мрз 15, Мрз 25, Мрз 35, Мрз 50, Мрз 100, Мрз 150, Мрз 200, Мрз 300 Мрз 25, Мрз 35, Мрз 50, Мрз 75, Мрз 100, Мрз 150, Мрз 200, Мрз 300, Мрз 400, Мрз 500 Е25, Е35, Е50, Е75, И00, И50, Е200, Е300, Е400, Е500 Е25, Е35, Е50, Е75, И00, И50, Е200, Е300, Е400, Е500 - Е25, Е35, Е50, Е75, И00, И50, Е200, Е300, Е400, Е500

Марка по средней плотности - - Б800, Б900, Б1000, Б1100, Б1200, Б1300, Б1400, Б1500, Б1600, Б1700, Б1800, Б1900, Б2000 Б200, Б300, Б400, Б500, Б600, Б700, Б800, Б900, Б1000, Б1100, Б1200, Б1300, Б1400, Б1500, Б1600, Б1700, Б1800, Б1900, Б2000 Б1000 Б1200 Б1400 Б1600 Б1800 Б2000 Б800 Б900 Б1000 Б1100 Б1200 Б1300 Б1400 Б1500 Б1600 Б1700 Б1800 Б1900 Б2000

Коэффициент теплового расширения - 0,7*10-5 град-1 0,7*10-5 град-1 1*10-5 град-1 8*10-6 К-1 8*10-6 К-1

-римяцм

Н-ДЛЯ

провщсмни цанга

Ш 13!! 1003

зо-

ьракишо мюбпмна

Ндоммшт мютбмад

1«5 ГО

ад

г V ■

ь

{ 0Г6 — и

| У-

• П1

»ПОМНЯ ннтшвшть

ннтенсиемсть двииения

гс/Аинтшвность движения

1567 1975 И!

Рис.1. Графики зависимости по годам: влажности по объёму для жилых и производственных зданий (слева); влажности по массе для автоклавного ячеистого бетона на золе и на песке (в центре); истираемости бетона для различной интенсивности движения (справа).

Классно прочности на осевое Марка по

растяжение водонепроницаемости

Рис.2. Верхние пределы значений: для марки прочности на сжатие и марке по морозостойкости (слева), для класса по прочности на осевое растяжение и марке по водонепроницаемости (справа).

0 f

1 о

- rl

щ *

1г ю 8 6 4 2 0

♦-♦

-к—л-

♦ тяжелы и ■ лёгкий А ячеистый

1950 iibO 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Года

Рис.3. Требования к коэффициенту теплового расширения бетона по годам (с 1970-1990 - стандарты РФ, 2010 - стандарт DIN 1045).

Значения плотности легеого бетона на настоящее время.

Германия

РФ

Рис.4. Значения плотности для лёгкого бетона по действующему стандарту РФ и действующему немецкому стандарту.

пределы прочности на сжатие для легкого бетона

ein 200В

гост 2000 снип 84 снип 75 снип 62

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Прочность на сжатие, МПА

Рис.5. Пределы прочности на сжатие по серии нормативных документов РФ с 1962 года по 2000 и действующему немецкому стандарту DIN 1045

500 1 000 1 500 2000

значение плотности. (г/нл3

Рис.6. Классификация всегда применяемых показателей качества для любого вида железобетонного изделия

Таблица 3

Математические модели для критерия безопасности (КБ)_

Локальные критерии безопасности Обо-значение Показатели безопасности Количественные значения для показателей и ограничений Математическое выражение локального критерия

Математическое выражение критерия безопасности: К Б = П1К Б, * К вес1

механическая и промышленная безопасность, единства измерений КБ1 обрушение, деформация, повреждение КБ11 , КБ11доп КБ12 , КБ12доп КБ13 , КБ13доп К Г1, еСЛиКБ1г < КБ1, доп Б1 = [0, еслиКБЬ. > Кб1, доп , = 1,2,3 3 КБ1 = П КБ1г 1

безопасность излучений, химическая, биологическая, ядерная и радиационная безопасность, электромагнитная совместимость КБ2 недопустимые риски , КБ21доп КБ22, КБ22доп КБ23, КБ23доп КБ24, КБ24доп КБ25, КБ25доп КБ26, КБ26доп к Г^ еслиКБ2, < КБ 2, доп Б 21 = |0, если Кб2, > КБ 2, доп г = 1,2,3,4,5,6 6 КБ2 =П КБ 2, 1

механическая и промышленная безопасность КБ3 механическая прочность при предельно допустимых воздействиях КБ3, КБ3доп к Г^ еслиКБ3 < Кб3доп Б3 = |0, если Кб3 > КБ3доп

механическая, промышленная, термическая, электрическая безопасность, взры-вобезопасность КБ4 недопустимый риск возникновения несчастных случаев. КБ4, КБ4доп К Г^ еслиКБ4 < КБ4 доп Б4 |0, если Кб4 > КБ4доп

безопасность среды обитания людей и животных КБ5 шум, воспринимаемый людьми и животными, не должен превышать опасный КБ5, КБ5доп к Г^ еслиКБ5 < Кб5 доп Б5 |0, если Кб5 > КБ5доп

термическая безопасность, энергосбережение КБ6 минимальное энергопотребление, термическая безопасность КБ61 , КБ61доп КБ62 , КБ62доп К Г^ еслиКБ6, < КБ6, доп Б6l = [0, если Кб6, > Кб6,доп , = 1,2 КБ 6 =П2 КБ 6,

все виды безопасности по ТР и обеспечение единства измерений КБ7 уровень безопасного использовании КБ7 , КБ7доп Г^ еслиКБ7 < КБ7доп Б7 |0, если Кб7 > КБ7доп

Таблица 4

Математические модели для критериев назначения (КН), конструктивности (КК), _размерности (КР), долговечности (КД)_

Математическое выражение критерия назначения: Кн — ^Кщ * К2

Показатели назначения Обозначение Количественные значения Весовой коэффициент Математическое выражение показателя

1.1.1. Нагрузка Кн1 Кн1об, Кн1эт Мкн1 Кн1 = (Кн1об / Кн1эт)* МкН1

1.1.4. Марка бетона по прочности на сжатие Кн2 Кн2об, Кн2эт МкН2 Кн2 = (Кн2об / Кн2эт)* МкН2

1.1.5. Марка бетона по прочности на растяжение Кн3 Кн3об, Кн3эт Мкн3 Кн3 = (Кн3об / Кн3эт)* МкН3

1.1.6. Марка бетона по морозостойкости Кн4 Кн4об, Кн4эт МкН4 Кн4 = (Кн4об / Кн4эт)* МкН4

1.1.10. Теплопроводность КН5 КН5об, КН5эт МкН5 КН5 = (КН5об / КН5эт)* МКН5

Математическое выражение критерия конструктивности: Кк — ^ Кю * Квес3

Показатели конструктивности Обозначение Количественные значения Весовой коэффициент Математическое выражение показателя

По бетону:

1.2.2. Жесткость Кк1 Кк1об, Кк1эт Мкк1 Кк1 = (Кк1об / Кк1эт)* Мкк1

1.2.4. Ширина раскрытия трещин Кк2 Кк2об, Кк2эт Мкк2 Кк2 = (Кк2об / Кк2эт)* Мкк2

1.2.6. Отпускная прочность бетона Кк3 Кк3об, Кк3эт Мкк3 Кк3 = (Кк3об / Кк3эт)* Мкк3

1.2.8. Масса изделия КК4 КК4об, КК4эт Мкк4 КК4 = (КК4об / КК4эт)* МКк4

1.2.12. Отклонение от плоскостности Кк5 Кк5об, Кк5эт Мкк5 Кк5 = (Кк5об / Кк5эт)* Мкк5

1.2.13. Разность длин диагоналей лицевых плоскостей панелей и плит прямоугольной формы КК6 КК6об, КК6эт Мкк6 КК6 = (КК6об / КК6эт)* МКк6

1.2.14. Отклонение от перпендикулярности смежных поверхностей изделий Кк7 Кк7об, Кк7эт Мкк7 Кк7 = (Кк7об / Кк7эт)* Мкк7

1.2.16. Номинальная толщина защитного слоя Кк8 Кк8об, Кк8эт Мкк8 Кк8 = (Кк8об / Кк8эт)* Мкк8

По арматуре:

1.2.17. Контролируемое натяжение арматуры Кк9 Кк9об, Кк9эт Мкк9 Кк9 = (Кк9об / Кк9эт)* Мкк9

1.2.18. Основные размеры арматурных изделий Кк10 Кк10об, Кк10эт Мкк10 Кк10 = (Кк10об / Кк10эт)* МКк110

1.2.19. Расстояние между арматурными изделиями Кки Кк11об, Кк11эт Мкк11 Кк11 = (Кк11об / Кк11эт)* Мкк11

1.2.20. Номинальное положение арматурных изделий и закладных деталей Кк12 Кк12об, Кк12эт Мкк12 КК12 = (КК12об / КК12эт)* Мкк12

1.2.21. Номинальные размеры закладных деталей КК13 КК13об, КК13эт Мкк13 Кк13 = (Кк13об / Кк13эт)* Мкк13

1.2.23. Прочность сварных соединений арматурных изделий Кк14 Кк14об, Кк14эт Мкк14 Кк14 = (Кк14об / Кк14эт)* МКк14

Относительные деформации удлинения Кк15 Кк15об, Кк15эт Мкк15 Кк15 = (Кк15об / Кк15эт)* Мкк15

Математическое выражение критерия размерности: Кр — ^Кр^ * К 4

Показатели размерности Обозначение Количественные значения Весовой коэффициент Математическое выражение показателя

1.1.2.Основные размеры изделий: Кр1 Кр1об, Кр1эт МкР1 КР1 = (КР1об / КР1эт)* МкР1

1.2.10. Номинальные линейные размеры КР2 KР2об, КР2эт МкР2 Кр2 = (Кр2об / Кр2эт)* МкР2

1.5.1. Габаритные размеры Кр3 Кр3об, Кр3эт МкР3 Кр3 = (Кр3об / Кр3эт)* МкР3

Математическое выражение критерия долговечности: Кд — ^ Кдг- * Квес5

Показатели долговечности Обозначение Количественные значения Весовой коэффициент Математическое выражение показателя

1.3.3. Истираемость КД1 Кд1 об, Кд1эт Мкд1 Кд1 = (Кд1об / Кд1эт)* Мкд1

1.3.4. Предел огнестойкости Кд2 Кд2об, Кд2эт Мкд2 Кд2 = (Кд2об / Кд2эт)* Мкд2

В [1] определены показатели технического говечности, эстетичности, транспортабельно-уровня - назначения, конструктивности, дол- сти, технологичности, показатели качества -

однородности, объем зарекламированной продукции, наличие экономических санкций, процент брака, ряд экономических показателей. Всего более 50 показателей.

Авторами был выполнен ретроспективный анализ нормативной базы РФ и международных стандартов в области железобетонных конструкций, некоторые результаты которого здесь приведены. Динамика изменений требований на железобетонную продукцию проанализирована по серии ГОСТ 13015 и ряда СНИП (табл. 1)

Динамика изменений требований по ГОСТ 13015 редакций 1967, 1975, 1983, 2003 годов отражает изменения значений показателей. На рис.1 приведены графики динамики изменений требования к влажности по объёму, влажности по массе, истираемости бетона.

Авторами был проведен анализ динамики изменений требований к железобетонным конструкциям по серии СНИП II - В.1 - 62, СНИП II - А.10 -62, СНИП II - 21 - 75, СНИП 2.03.01 - 84, СНИП 52-01-2003. Пределы по основным нормируемым и контролируемым показателям качества для тяжёлого бетона (по СНИП) по марке прочности на сжатие и морозостойкости и для класса по прочности на осевое растяжение и марке по водонепроницаемости приведены на рис.2.

Авторами были исследованы стандарты ведущих зарубежных стран на железобетонные конструкции: Американские стандарты по испытаниям и материалам ASTM, С55-01 «Standard Specification for Concrete Brick» («Блоки бетонные строительные»), стандарты Германии DIN 1045 «Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton -Teil 1: Bemessung und Konstruktion» («Бетон, железобетон и предварительно напряженный бетон. Часть 1: Проектирование железобетонных конструкций»).

В результате анализа динамики изменений требований к железобетонным конструкциям по отечественным нормативным документам и действующим зарубежным стандартам был составлен перечень требований, где результирующее требование - это наилучшее действующее значение показателя (табл. 2).

На рис. 3, 4, 5 представлена динамика изменений коэффициента теплового расширения, плотности лёгкого бетона, требований к преде-

лам прочности на сжатие.

Для количественной оценки качества железобетонных изделий необходимо определить показатели, критерии качества и их математическое выражение. Согласно [2] безопасность, эксплуатационная пригодность, долговечность бетонных и железобетонных конструкций должны быть обеспечены выполнением следующих требований: к бетону и его составляющим; к арматуре; к расчётам конструкций; конструктивных, технологических и требований по эксплуатации.

Для их выбора было определено пересечение множеств показателей по [1] и [2] для различных железобетонных конструкций. Общее число всегда применяемых показателей составляет 160. Были также определены показатели по безопасности бетона, так как они являются приоритетными. В ГОСТ конкретно не приведены показатели по безопасности железобетонных конструкций, и они определяются на основе принятого технического регламента «О безопасности строительных материалов и изделий» [3].

После определения всех показателей необходимо разбить их по соответствующим группам. За основу формирования групп взят [1]. Определённые в нём показатели эстетичности (их 2), всегда применяемые в строительстве, было принято оставить на усмотрение дизайнеров-проектировщиков. Была проведена классификация показателей по видам конструкций железобетонных изделий: фундамент, каркас, стена, перекрытие, лестница, объёмные элементы, архитектурные детали. На рис.6 приведена классификация показателей качества, применяемых для любого вида железобетонного изделия.

Единичные показатели относятся к самому нижнему уровню в принятой иерархической системе показателей.

Комплексные показатели находятся на более высоких уровнях, чем единичные. Они измеряются или оцениваются путем свёртки показателей нижележащих уровней.

Свёртка значений оценок единичных показателей в значения оценки комплексного показателя с учётом их весовых коэффициентов производится по формуле:

к х = е; к х1*к весг,

где Кх - значение комплексного показателя, вующего единичного показателя КХ1 - относительное значение 1-го единич- п - количество показателей в данной груп-

ного показателя, пе. Квес1 - весовой коэффициент соответст-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ 4.250-79 «Система показателей качест- 2. СНИП 52-01-2003 ва продукции. Строительство. Бетонные и железо- 3. Технический регламент «О безопасности

бетонные изделия и конструкции. Номенклатура строительных материалов и изделий» показателей»

УДК 621.396

А.Б. Петроченков, Е.М. Солодкий

К ВОПРОСУ О ПОДХОДАХ К АНАЛИЗУ НАДЕЖНОСТИ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

В том случае, когда необходимо оценить некоторую систему с точки зрения надежности, создается модель изучаемой системы, по которой можно проводить анализ надежности, безопасности, отказоустойчивости. Такого рода модель называется моделью отказов и характеризуется следующими показателями: функция надежности, средняя наработка на отказ, средняя наработка до отказа, интенсивность отказов. Данные показатели характеризуют надежность невосстанавливаемых компонентов, т.е. тех систем или отдельных узлов, которые рассматриваются до первого отказа. Данное допущение не характеризует свойство объекта, но выделяет временной интервал, в котором заинтересован наблюдатель. Для такого подхода «время жизни» системы может быть описано одним из известных законов распределения вероятности. Данный закон определяет несколько функций, с помощью которых характеризуются вероятностные оценки состояния системы. К этим функциям относятся: функция распределения ¥(1) - время до отказа, плотность распределения $(0 - плотность отказов, Я('0 - функция надежности, 2(0 - интенсивность отказов. По любой одной функции можно восстановить любую другую, данная зави-

симость показана в табл. 1.

Решение задачи по определению закона распределения отказов и его параметров дает возможность найти любую характеристику надежности компоненты системы. Данная задача сводится к проверке статистических гипотез на подготовленных опытных данных с использованием одного из критериев согласия (Пирсона, Колмогорова, Фишера и т.д.).

Исходя из статистики, накопленной по отдельным узлам системы, можно сопоставить каждому виду компонента системы определенный закон интенсивности отказов, принимая его за постоянную величину при минимальном статистическом наборе. Влияние внешних неблагоприятных факторов на систему в данном случае не может быть определено, поэтому закон распределения и его параметры могут быть найдены некорректно. Выходом из такой ситуации может быть использование справочных данных по аналогам компонентов системы. Знание компонентой надежности не может дать представления о надежности системы в целом. Для анализа всей системы необходимо иметь представление о ее структуре и внутренних функциональных связей. Рассмотрим основные методы качественного анализа системы