К вопросу о взаимодействии искусственного объекта с окружающей средой Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

СТРОИТЕЛЬСТВО

УДК 510+621+624.001.25 В. Г. ТИШИН, В. Г. ТУРЧЕНКО

К ВОПРОСУ О ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ИСКУССТВЕННОГО

ОБЪЕКТА С ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ

Рассмотрено взаимодействие эксплуатируемых строительных объектов с окружающей средой с учётом изменения их уязвимости во времени и ухудшения воздействий со стороны технопри-родных факторов.

В рассматриваемом случае под искусственным объектом понимаются здания, сооружения, объекты транспортного назначения (автомобильные и железные дороги и соответствующая инфраструктура), инженерные коммуникации, ЛЭП, гидротехнические сооружения (плотины, дамбы) и другие гражданские и производственные объекты.

Указанные искусственные объекты взаимодействуют с окружающей средой: Эти взаимодействия выражаются как в виде действующих на объекты нормируемых нагрузок (опасностей), которые с той или иной степенью достоверности учитываются при проектировании (снеговые нагрузки, ветровые нагрузки, промерзание, воздействие геоэкологических процессов и явлений, состав грунтов основания и их объективные характеристики и т. д.)

Эти воздействия со стороны окружающей среды подразделяются на постоянные, временные и особые, которые нормируются в соответствии со СНиП.

Однако особые воздействия со стороны окружающей среды (сейсмика, подтопление, суффозия, оползни, сели и другие экзогенные процессы) не всегда в полной мере учитываются при проектировании искусственных объектов.

В основу достоверного решения этой задачи должен быть положен приоритет концепции предупреждения чрезвычайных ситуаций (ЧС) и миними-

зации ущерба при (ЧС) за счёт превентивных мер над концепцией быстрого реагирования на аварию, которая, к сожалению, превалирует в настоящее время.

Для обеспечения надёжности искусственных объектов и безопасности населения необходимо в первую очередь повысить обоснованность проектных решений, особенно в части прогноза негативных воздействий окружающей среды на искусственные объекты, так как 33% аварий зданий и сооружений связано с недостатками при проведении проектно-изыскательских работ, которые вызваны недостаточным учётом воздействий факторов окружающей среды. Для снижения аварийности искусственных сооружений следует переходить на новые принципы проектирования, при которых в основу должны быть положены вероятностные методы нормирования надёжности с использованием показателей риска.

Особую актуальность проблема предупреждения происшествий на искусственных объектах, отличающихся высокой уязвимостью (У) при воздействиях со стороны окружающей среды (подтопляемость, оползни, просадочность и др.), приобретает из-за недостаточного учёта геоэкологических условий.

В рассматриваемом случае уязвимость - это способность объекта сопротивляться опасностям со стороны окружающей среды, которая характеризуется

риск

поле (множество) опасностей (О)

поле (множество) уязвимостей (У)

Рис.1. Геометрическая интерпретация риска

В. Г. Тишин, В. Г. 'Гурченко, 2004

его восприимчивостью к воздействиям (конструктивные решения) и состоянием (степенью износа конструкций и изменениями воздействий со стороны окружающей среды). Иными словами, это реакция на опасные воздействия со стороны окружающей среды. Степень уязвимости объекта зависит от конструктивной схемы (жёсткая конструктивная схема или гибкая и т. д.) состава и состояния конструкций, строительных материалов, продолжительности эксплуатации и т. д.

Уязвимость и надёжность техноприродной системы (ТСП) в рассматриваемом случае по нашему мнению соотносятся в виде выражения М=1-У, где N - надёжность ТПС, определяемая как свойство сохранять во времени способность выполнять заданные функции в установленных пределах.

За критерий полноты учёта воздействий окружающей среды и уязвимости объекта мы принимаем риск.

Риск, в рассматриваемом случае, является функцией вероятности воздействия опасности со стороны окружающей среды на объект и реакцию объекта на эти воздействия (уязвимость). Графически это можно представить следующим образом (рис. 1).

Анализ процесса жизнедеятельности любого построенного искусственного объекта позволяет отметить, что показатель риска изменяется в зависимости

от срока службы объекта и деградации свойств окружающей среды. Этот процесс представлен на рис. 2.

Одновременно с этим современная система проектирования искусственных объектов не учитывает временного изменения окружающей среды и, таким образом, получается, что мы проектируем объекты на состояние окружающей среды сегодняшнего дня. А поскольку окружающая среда изменяется, то и условия взаимодействия её с объектом изменяются также-Поэтому надёжность проектируемой системы «искусственное здание - окружающая среда» претерпевает также временные изменения, как правило, не в сторону запаса.

Таким образом, настал момент поставить вопрос о переходе в расчётах инженерных конструкций и сооружений при воздействии на них факторов окружающей среды (опасностей) по предельно допустимому риску, а не по предельным состояниям, что не учитывает стохастической природы воздействий окружающей среды и временных изменений в геоэкологической среде и в конструктивных элементах.

Известно, что характер процесса изменения конструктивной безопасности ТПС зависит от адаптационных возможностей зданий (сооружений), а риски (эксплуатационный, инвестиционный и страховой), напрямую зависят от конструктивной безопасности, изменяющейся во времени.

О

Рис. 2. Графическая модель изменения риска в процессе эксплуатации техноприродной

системы (ТПС): Ятт - риск в начале штатной эксплуатации;

Я^Ядоп) - риск на конечный период безопасной (штатной) эксплуатации;

(Ид-КИз, Ю^-Я'з) - диапазон изменения риска в процессе эксплуатации и после ремонтов

Эксплуата ция после 3-го ремонта

Эксплуата ция после 2-го ремонта

Эксплуата ция после 1 -го ремонта

Эксплуатация в условиях повышенной: гриска

Срок службы объекта Период повышенного износа и

риска

Период приработки и строительства

11редре-монтный

Период штатной эксплуатации

/

/

По данным [1] ресурс системы определяется двумя параметрами:

-техническим -- деформацией ТПС с заданной обеспеченностью;

-экономическим - оптимальным сроком безопасной эксплуатации, где Тс согласовывается со структурой и периодичностью ремонтных работ и характером технического обслуживания ТПС.

Для систем с экономической ответственностью, а все ТПС являются таковыми, предельное состояние назначается по критерию минимума приведённых затрат:

пр= к0 -4 Щ Щ тШ, (1)

где К0 - первоначальная инвестиционная стоимость; V; - вероятность значительного повреждения ТПС в процессе эксплуатации; Э-, - ущерб, вызванный каждым повреждением; Пр - математическое ожидание расходов.

Анализируя формулу (1), приходим к выводу, что общие инвестиционные вложения, которые должны минимизировать приведённые затраты, должны уменьшать величину риска (I Э;) за счёт качественного проектирования на основе получения достоверных исходных данных.

Экспериментально установлено, что фактические условия эксплуатации конструкций в большинстве случаев существенно отлетаются от проектных в худшую сторону. Кроме улучшения проектно-изыскательских работ, для минимизации приведённых затрат (1) требуется высокий уровень эксплуатации и обслуживания ТПС, который должен включать

постоянное наблюдение за техническим состоянием конструкций, геоэкологической обстановкой и т. п.

В заключение отметим, что для повышения инвестиционной привлекательности строительства и жилищно-коммунальной сферы следует усовершенствовать систему оценки состояния объектов путём введения в состав проектных работ раздела по определе нию фактической надёжности строительных ТПС и конструкций по окончании строительства и в процессе эксплуатации, что позволит ответить на вопросы о величине проектного уровня надёжности уникальных и ответственных зданий и сооружений и о риске в процессе их эксплуатации.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Пшеничкин, А. П. Ресурс системы «здание - основание» при реконструкции //Изв. вузов. Строительство. -1996. - № 7. - С.22-25.

Тишин Валерии Григорьевичу кандидат технических наук, доцент кафедры «БЖД, экология и химия». Имеет монографию, учебное пособие, отраслевые нормативные документы, изобретения и статьи в области обеспечения надёжности и безопасности при эксплуатации зданий и сооружений, возводимых в споэк:ных геоэкологических условиях.

Гурченко Владимир Геннадьевич, инженер Ульян овскгражданпроекта. Область интересов — восстановление и реконструкция существующих зданий.

УДК 624.014

У. А. ЯМЛЕЕВ, Д. А. ХУДЯКОВ

РАСЧЁТ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ФОРМ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СБОРНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

Рассмотрены вопросы расчёта металлических, форм на основе метода конечных элементов. Изложены некоторые способы реализащи расчёта по методу конечных элементов (МКЭ) для форм с гасителями колебаний.

Экономия материалов и повышение качества строительных конструкций всегда будет одной из важнейших задач строительства. Одним из условий изготовления качественного и экономичного железобетонного изделия является эффективное уплотнение бетонной смеси. Качество уплотнения в свсю очередь зависит от используемых при производстве изделия формы, виброплощадки и оптимальности параметров вибрации. Металлические формы, являясь основным и самым металлоёмким технологическим оборудованием в промышленности сборного же-

© У. А. Ям леев, Д. А. Худяков, 2004

лезобетона, всецело определяют равномерность поля амплитуд колебаний, передавая бетонной смеси вибрационное воздействие от виброплощадки. Изучение технологических параметров производства железобетонных изделий, связанных со стальными формами,и влияние этих параметров на качество изделий осуществимо только в производственных условиях. На кафедре «Строительные конструкции» Ульяновского государственного технического университета в течение многих лет ведется работа по изучению данного вопроса. Обследование формовочного оборудования и парка форм было проведено на