CC BY
17
г-ч л
да Строительство и архитектура
_^___ '
Б.И.Пинус
К вопросу проектирования строительных конструкций на расчетный срок эксплуатации
Действующие в настоящее время подходы к проектированию строительных конструкций не позволяют прогнозировать (оценивать) регламентированные Госстандартом важнейшие показатели их качества [1], в частности, показатели надежности: долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность.
Известно [2], что расчеты по нормам проектирования по существу являются детерминированными решениями, так как базируются на нормируемых показателях внешних воздействий (нагрузок) и сопротивляемости материалов. Отметим, что принятие фиксированного числового значения любого расчетного параметра без учета характеристик его изменчивости является принципиальным отходом от сути работы конструкции как временного процесса ее взаимодействия с окружающей средой. Последний же, будучи зависимым от множества случайных факторов, представляет собой совокупность случайных реализаций в течение расчетного срока эксплуатации конструкции,
Это обстоятельство позволяет рассматривать долговечность не как свойство конструкции, а как характеристику качества, то есть способность сохранять необходимые показатели работоспособности (прочность, жесткость, трещиностойкость и др.) при определенной системе эксплуатации и технического обслуживания. При такой постановке речь может идти о сроке эксплуатации конструкции как о времени (наработке), в течение которого конструкция с установленной обеспеченностью будет удовлетворять эксплуатационным требованиям (условиям работоспособности):
/Н/-;<г ф У)]>,!. (ц
где Р\, Д - соответственно фактическая (проектная) и заданная обеспеченность выполнения /-го условия работоспособности; Ри Ф0] - соответственно ожидаемые с определенной вероятностью значения обобщенного внешнего воздействия и сопротивляемости конструкции; Т - расчетный срок эксплуатации (наработки); - коэффициент надежности конструкции.
Следовательно, при заранее устанавливаемых ограничениях (например, А) проектирование конструкций на заданный срок эксплуатации сводится к определению величины коэффициентов надежности, обеспечивающих необходимый ресурс их работоспособности.
Аналитически законченное решение подобной задачи не представляется возможным в виду целого ряда объективно существующих обстоятельств (отсутствие
необходимых статистических данных, неоднозначность экспериментально установленных моделей износа и старения материалов в различных условиях эксплуатации, отсутствие нормативных показателей надежности и др.) Практически приемлемые инженерные решения могут быть получены при введении ряда предпосылок.
Предполагается:
а) отсутствие какой-либо корреляционной связи между внешними усилиями и параметрами сопротивляемости самой конструкции;
б) отказ конструкции рассматривается как достижение хотя бы одного расчетного предельного состояния;
в) все условия работоспособности статистически независимы,
Введем такое понятие "проектной надежности", под которым будем понимать вероятность выполнения в установленный срок (о < \ < Т) условий работоспособности в предположении, что усилия и сопротивляемость оцениваются по действующим нормам проектирования и рассматриваются как случайные величины с заданными статистиками их распределения. Принятие показателя проектной надежности в качестве критерия безопасного функционирования конструкции в реальных условиях эксплуатации вполне оправдано, так как по имеющимся данным [3] вероятность отказов железобетонных конструкций, запроектированных и изготовленных в соответствии с действующими нормами, находится в пределах следующих величин:
по прочности - 1х10'4 - 1х10"5;
по образованию трещин - 0,13 + 1х10"6;
по деформации - 1х10'3 - 1x10"9.
Отметим также, что износ железобетонных конструкций характеризуется небольшой скоростью, так как доля долговечности, реализуемая в каждом цикле воздействий, пренебрежительно мала по сравнению с общей долговечностью конструкции, Для таких процессов, согласно [4], усилие с незначительной погрешностью для оценки надежности может быть заменено его "пиковым" значением. А поскольку речь идет о "проектной надежности", то статистическим эквивалентом максимального значения усилия принимается проектное значение соответствующего показателя технического состояния конструкции ф (о), определенное с
учетом расчетных величин сопротивляемости бетона и арматуры.
Щ Строительство и архитектура ___ 1_ ___-_1_11_____
При таких предпосылках 1-е условие работоспособности конструкции может быть записано з виде
у/, (0 == ф, (О- Р, (0=Ф, (0 - Ф, (°) *0 - (2)
где ф (о) - математическое ожидание значения
показателя работоспособности конструкции при нормативных величинах изменчивости всех учитываемых параметров сопротивляемости конструкций; « - » -означает случайный характер распределения значений.
Таким образом, при феноменологическом подходе
изменение работоспособности конструкций у/ _(/)
рассматривается как случайный нестационарный процесс, направленность и скорость которого предопределяются агрессивностью среды эксплуатации, физико-химической структурой бетона, конструктивными особенностями и напряженно-деформированным состоянием элемента. Получение инженерных решений в подобной постановке связано с выбором (обоснованием) динамических моделей процессов износа (старения) в виде случайных функциональных зависимостей от времени (наработки).
Теоретически и экспериментально доказана [4] целесообразность аппроксимации длительных процессов износа железобетонных элементов в виде детер-минированно-случайных зависимостей:
Ф([)= ф0(р({) , (3)
где ф(г) - параметр работоспособности как случайная функция времени и случайного проектного значения ф0; $?(/) - детерминированная функция, характеризующая экспериментально установленную кинетику износа; априори принимается в виде линейной, экспоненциальной или полиноминальной зависимости [4].
.Примеры практической реализации данного перехода для случая эксплуатации железобетонных конструкций в условиях низкотемпературных воздействий приведены в [5].
Библиографический список
1. ГОСТ 4.200-78 Система показателей качества продукции. Строительство. Основные положения / Госстрой СССР, -М„ 1980. - 7 с,
2. СНиП 2.03.01 - 84* Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования / Госстрой СССР. - М„ 1985. - 79 с,
3. Кудзис А.П, Оценка надежности железобетонных конструкций. - Вильнюс: Мокслас, 1985. - 156 с.
4. Хэвиленд Р. Инженерная надежность и расчет на долговечность, - М-Л Энергия, 1966. - 232 с.
5. Пинус Б.И. Обеспечение долговечности железобетонных конструкций при низкотемпературных воздействия: Дисс. .„ докт.техн.наук. - М„ 1987, - 537 с,
В.В.Чупин, В.В.Шлафман, Е.С.Мелехов
Методические аспекты задачи оптимальной централизации смстем групповых водопроводов
Системы группового водоснабжения (СГВ) предназначены для обеспечения водой ряда рассредоточенных потребителей, расположенных на значительном удалении друг от друга. Такие объекты имеются практически в каждом регионе РФ, Многие из них успешно развиваются и объединяются, образуя сложную систему транспорта и распределения воды, Например, Казахстано-Сибирская система снабжает водой 2600 городов и сельских поселков. Источниками водоснабжения являются, в основном, поверхностные воды (реки - 41% и водохранилища - 26%); доля подземных вод составляет около 31%, из которых 17% имеют удовлетворительное качество питьевой воды; водопроводы других ведомств - 2%. К наиболее крупным групповым водопроводам относятся Таврический, Люблино-Исилькульский (Омская обл.) и Ейский (Краснодарский край) [1], Практика строительства и эксплуатации групповых водопроводов имеется и в Иркутской облас-
ти, К основным можно отнести Куйтунский, Черемхов-ский, Заларинский водопроводы.
Отличительными особенностями СГВ являются; четко выраженная иерархичность структуры (магистральные водоводы, подсистемы водоснабжения населенных пунктов); значительная протяженность трубопроводов больших и малых диаметров; наличие насосных станций подкачки воды; разнообразие запорной и регулирующей арматуры [2]. В состав СГВ, как правило, входят: водозаборы, станции водоподготовки, повыситель-ные насосные станции, резервуары и сети трубопроводов, объединяющие рассредоточенные потребители в единую систему. Множество конкретных местных условий, специальные требования к качеству воды, наличие разнотипных источников водоснабжения, характер процесса водопотребления, экономические условия муниципалитетов и другие факторы определя-ют многообразие схем и систем водоподачи. Сетевая
