CC BY
39
3. Для обеспечения нормативных требований по удельному теплопотреблению необходимо повышать теплозащитные свойства ограждающих конструкций, предусматривать технические мероприятия по утилизации тепла из вентилируемого воздуха или пересмотреть требования относительно нормирования кратности обмена вентилируемого воздуха.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1 Конструкци бущвель i споруд. Теплова iзоляцiя будiвель. ДБН В.2.6-31:2006 - [Чинний вiд 01.04.2007]. - К. : Мшбуд Украши, 2006. - 64 с. - (Державш будiвельнi норми Украши).
2 Коваль Е. А. Энергоэффективность архитектурно-конструктивных систем малоэтажных жилых зданий : дисс. ... канд. техн. наук: 05. 23. 01. / Е. А. Коваль - Д., 2012. -152с.
3 Коваль О. О. Стандартизащя будiвельних нормативiв по тдвищенню енергоефективносп на Свропейському рiвнi / О. О. Коваль, О. В. Лантух, С. Л. Юрченко, А. С. Коваль // Строительство, материаловедение, машиностроение. - Д. : ПГАСА, 2010. -Вип. № 56. - С. 204 - 207.
4 Савицкий Н. В. Совершенствование методики рационального проектирования малоэтажных жилых зданий с учетом их жизненного цикла / Н. В. Савицкий , Е. Л. Юрченко, Е. А. Коваль , Т. А. Ковтун-Горбачева // Theoretical foundations of civil engineering. - Warsaw : WUT, 2011. - Vol. № 19. - Р. 307 - 312.
5 Савицький М. В. Еколопчне та енергоефективне малоповерхове бущвництво / М. В. Савицький, О. О. Коваль, С. Л. Юрченко, М. М. Бабенко, А. С. Коваль // Строительство, материаловедение, машиностроение. - Д. : ПГАСА, 2010. - Вып. № 55. - С. 26 - 31.
6 Юрченко G. Л. Проектування енергоефективних малоповерхових житлових будинюв / С. Л. Юрченко , О. О. Коваль // ЕКОшформ, 2011. - № 5. - С. 43.
УДК 624.01
ПРОГНОЗУВАННЯ НАД1ЙНОСТ1 ЗАЛ1ЗОБЕТОННИХ КОНСТРУКЦ1Й ЛОГ1КО-ЙМОВ1РН1СНИМИ МЕТОДАМИ
Т. Ю. Шевченко, к. т. н.
Ключовi слова: надттстъ, ¡мов1ртст методи розрахунку, врахування невизначеност1, неч1тка лог1ка, суб 'ективний фактор
Постановка проблеми. Проблема надшносп бущвельних конструкцш належить до числа першочергових, оскшьки безперервно збшьшуються обсяги будiвництва i тдвищуються вимоги до його якость
Статистика вщмов будiвельних конструкцш свщчить, що вони зумовлеш здебшьшого наявшстю помилок при проектуванш, виготовленш i монтажу конструкцш, порушеннями правил 1х експлуатаци, тобто впливом суб'ективного фактора.
Сучасна нормативна база проектування при визначенш рiвня надшносп конструкцш дозволяе враховувати зовшшш навантаження i впливи, мшливють геометричних параметрiв конструкцш i мщшсних характеристик матерiалiв. Вплив на надiйнiсть залiзобетонних конструкцiй суб'ективного фактора, зумовленого дiяльнiстю людини на всiх стадiях життевого циклу конструкцiй, дiючими нормами не враховуеться.
У зв'язку з цим розвиток методологи прогнозування надшносп залiзобетонних конструкцш з урахуванням суб'ективного фактора, зумовленого дiяльнiстю людини на вшх стадiях життевого циклу конструкцiй, е актуальним науково-технiчним завданням.
Мета статт - розвиток методологи прогнозування надшносп залiзобетонних конструкцiй з урахуванням впливу 1х мiнливих параметрiв та суб'ективного фактора, зумовленого дiяльнiстю людини на вшх стадiях життевого циклу конструкцш.
Аналiз публiкацiй. Загальним питанням надшносп бущвельних конструкцiй присвяченi працi В. В. Болотша, А. В. Геммерлшга, О. Р. Ржанiцина, М. С. Стрелецького, А. Г. Ройтмана та шших науковщв.
Результати дослiджень у галузi надiйностi будiвельних конструкцiй наведет у працях [1 -
13]: А. Я. Барашикова, Б. I. Беляева, С. А. Егорова, М. М. Застави, А. Я. 1сайкша, Р. I. Кшаша, О. С. Личова, А. В. Перельмутера, С. Ф. Ичугша, В. Г. Пошивача, В. Д. Райзера, М. В. Савицького, О. В. Семко, Б. I. Снарскюа, К. Е. Таля, С. А. Юмашева, С. Б. Усаковського, В. П. Чiркова та шших.
1снуюча нормативна база в галузi проектування враховуе вплив на надшнють залiзобетонних конструкцш багатьох факторiв, серед яких: мшливють мiцнiсних характеристик матерiалiв i геометричних розмiрiв елементiв; атмосфернi, сейсмiчнi та техногенш навантаження i впливи; вплив агресивних середовищ тощо.
Вплив на надшнють мiнливих параметрiв конструкцiй враховуеться при !х розрахунку ймовiрнiсними методами. В галузi використання цих методiв найбiльш вiдомi працi: М. Б. Краковського, А. П. Кудзюа, М. М. Складнева, В. В. Судакова та шших.
Дослщженнями у сферi застосування нечiтких технологiй при виршенш питань будiвельноl галузi в Укра1ш займаються С. В. Горохов, О. Д. Панкевич, О. В. Шелiхова та шшь
На основi неч^ких технологiй вiтчизняними науковцями створенi: система тдтримки прийняття рiшень при дiагностицi технiчного стану цегляних конструкцiй, методика нормування конструктивних ризикiв за результатами оцшки технiчного стану будiвельних об'екпв тощо.
Дослiдження, присвяченi розробцi методологи ощнки впливу суб'ективного фактора на надшнють затзобетонних конструкцш, в Укра1ш не проводились.
Таким чином, необхщно розробити методолопю прогнозування надiйностi залiзобетонних конструкцiй для врахування впливу 1х мiнливих параметрiв та суб'ективного фактора, зумовленого дiяльнiстю людини на вшх стадiях життевого циклу конструкцiй.
Виклад основного матерiалу. Для оцiнки надшност залiзобетонних конструкцiй з урахуванням впливу 1х мiнливих параметрiв i суб'ективного фактора, зумовленого дiяльнiстю людини на вшх стадiях життевого циклу залiзобетонних конструкцiй, запропоновано залежнiсть:
РШа! = РБис-1 ' рис-2 ' (1)
де Роы - повна iмовiрmсть безвщмовно! роботи конструкцiй;
Риис-1 - iмовiрнiсть безвщмовно! роботи конструкцiй, визначена з урахуванням впливу на надшнють мшливих параметрiв конструкцiй;
Ршс-2 - iмовiрнiсть безвщмовно! роботи конструкцiй, визначена з урахуванням впливу на
надшнють суб'ективного фактора.
Iмовiрнiсть безвщмовно! роботи залiзобетонних конструкцiй з урахуванням впливу на надшнють 1х мiнливих параметрiв визначаеться загальноприйнятими методами теори надшност будiвельних конструкцiй.
Для визначення iмовiрностi безвщмовно! роботи конструкцiй Риис-2 необхщш кiлькiснi
оцiнки впливу на надшнють суб'ективного фактора.
На основi статистки вщмов виконано аналiз впливу суб'ективного фактора на надшнють залiзобетонних конструкцш на вшх стадiях !х життевого циклу. Встановлено, що саме низька якють дiяльностi учасникiв процесу створення i процесу експлуатаци конструкцiй е загальною причиною появи органiзацiйних i технологiчних помилок, а саме помилок на стади iнженерних дослiджень, на стади проектування i на стади зведення конструкцiй; помилок контролю; помилок у процес експлуатаци конструкцiй.
На основi кiлькiсних даних про статистику вщмов конструкцiй i експертних оцшок якостi дiяльностi учасникiв життевого циклу конструкцш була запропонована диференщащя !х дiяльностi на п'ять категорiй якосп: I категорiя - високий (В) рiвень; II категорiя - рiвень вищий середнього (ВС); III категорiя - середнiй рiвень (С); IV категорiя - рiвень нижчий середнього (НС); V категорiя - низький рiвень (Н).
Суб'ективний фактор може впливати на надшнють конструкцш на кожнш стади !х життевого циклу. Для кшькюно! оцiнки цього впливу була розроблена iмовiрнiсна модель життевого циклу конструкцш.
Запропоновано граничш значення iмовiрностi безвщмовно! роботи залiзобетонних конструкцш Риис-1 залежно вiд категорiй якост дiяльностi учасникiв життевого циклу конструкцш (див. табл. 1) [14].
Таблиця 1
Граничт значення ¡мов1рност1 безв1дмовног роботи зал1зобетонних конструкцт
Категорi! якосп дiяльностi учасникiв усix процесiв Рiвень якосп дiяльностi учасникiв усix процеав Iмовiрнiсть безвiдмовно! роботи конструкцш з урахуванням впливу суб'ективного фактора Psuc_2
I високий 0,99 999
II вищий середнього 0,99 997
III середнiй 0,99 977
IV нижчий середнього 0,99 941
V низький 0,99 896
Розроблено шженерну методику врахування категорш якосп дiяльностi учасникiв життевого циклу конструкцiй при прогнозуваннi надшност !х функцiонування.
1з використанням експертних оцшок установлено значущi показники та розроблено моделi оцiнки рiвня якост дiяльностi учасникiв процесу створення та процесу експлуатаци залiзобетонних конструкцiй залежно вiд деяко! множини факторiв - показниюв якостi.
Для побудови моделей використовувалися нормативнi документи з галузi якостi, рекомендацп експертiв у галузi будiвельних конструкцiй, а також даш експертних висновкiв про технiчний стан будiвельних конструкцiй, запозичених зi звтв обстежень конструкцiй.
Запропоновано основнi показники якост дiяльностi учасникiв процесу створення конструкцш (наявнiсть в оргашзацп вщповщно! лщензп; квалiфiкацiя персоналу оргашзаци; наявшсть в оргашзаци функцюнуючо! на належному рiвнi системи менеджменту якостi вщповщно до регламенту сiмейства стандартiв ISO 9000; термш функцiонування оргашзаци; стан матерiально-теxнiчно! бази оргашзаци), а також процесу !х експлуатаци (дотримання правил техшчно! експлуатаци конструкцiй; наявнiсть пошкоджень вiд силових i агресивних впливiв; наявнiсть пошкоджень вiд меxанiчниx впливiв; розвиток дефектiв, що виникли при виготовленш i монтажi конструкцiй).
Бшьшють iз наведених показникiв якостi дiяльностi оцiнити можливо тiльки якiсно, суб'ективно. Тому при моделюванш рiвня якосп дiяльностi учасникiв процесу створення i експлуатаци залiзобетонниx конструкцiй використано лопко-лшгвютичну експертну iнформацiю.
Задача моделювання рiвня якостi дiяльностi учасникiв процесу створення i процесу експлуатаци зводиться до розв'язання задачi щентифшаци багатовимiрно! залежносп «фактори - показники якостi - рiвень якостЬ>.
Для розв'язання поставлено! задачi використано метод двоетапно! щентифшаци нечiткими базами знань.
На першому етапi проводиться структурна щентифшащя залежностi «фактори - показники якосп - рiвень якостЬ> шляхом формування неч^ко! бази знань, яка грубо вщображае нелiнiйний взаемозв'язок «входи - вихщ» за допомогою лiнгвiстичниx правил «якщо - то», що генеруеться експертами.
На другому етат вщбуваеться параметрична iдентифiкацiя дослщжувано! залежностi шляхом пiдбору таких параметрiв функцiй належностi нечiткиx термiв i бази знань, якi мiнiмiзують розбiжнiсть мiж модельними та експериментальними даними.
Для реалiзацil етапу параметрично! щентифшаци використовувалися данi аналiзу експертних висновюв з обстеження залiзобетонниx конструкцiй об'екпв, запозиченi з арxiвниx матерiалiв науково-дослщно! частини ДВНЗ «ПДАБА».
Поверxнi «входи - вихщ» отримано! неч^ко! моделi до реалiзацil етапу параметрично! щентифшаци наведенi на рисунку 1, а тсля реалiзацi! - на рисунку 2.
До реалiзацi! етапу параметрично! щентифшаци результат моделювання збiгаеться з експериментальними даними у 80 % випадюв. Пюля реалiзацi! етапу параметрично! щентифшаци результат моделювання збiгаеться з експериментальними даними в 95 % випадюв.
За аналопею була побудована модель оцшки рiвня якостi дiяльностi учасникiв процесу
створення залiзобетонних конструкцiй. Точнiсть моделювання оцiнки рiвня якостi дiяльностi учасникiв процесу створення залiзобетонних конструкцш аналогiчна точностi моделювання рiвня якост дiяльностi учасникiв процесу експлуатаци.
а) при Х1=С, Х1=0 й пркХ1-1 Х2=1
Рис. 1. Поверхн «входи - вихгд» нечШког модели дореалгзацИ етапу параметричног ¡дентифтацп
и) |Г]|И XI-О, Х2-0 6} при Х1=1,Х2=1
Рис. 2. Поверхн «входи - вихгд» нечгткогмоделг тсля реалгзацгг етапу параметричног ¡дентифтацп
1з використанням норм проектування залiзобетонних конструкцш проведено апробащю запропонованого логiко-ймовiрнiсного шдходу на прикладi оцiнки надiйностi мщност похилих перерiзiв залiзобетонних елементiв, що згинаються.
Розглянуто залiзобетоннi елементи прямокутного перерiзу при таких параметрах: висота 40 см, ширина 20 см, захисний шар 2 см, крок поперечно! арматури — вщ 5 до 15 см, площа поперечно! арматури — вщ 0 до 3,08 см2, бетон класу В 25, подовжня арматура 2 0 16 А 400.
Для кожно! умови мщносп похилих перерiзiв, наведено! в нормах проектування, виконано три варiанти розрахунку мщносп. При першому варiантi розрахунку як мiнливi параметри були прийнят тiльки мiцнiснi характеристики бетону i арматури. Цей варiант розрахунку вiдповiдаe пiдходу, прийнятому для забезпечення безвiдмовностi елементiв при !х проектуваннi за
ддачими нормами. Другий варiант розрахунку характеризуеться врахуванням нормовано! мiнливостi мiцнiсних характеристик матерiалiв i геометричних характеристик елемента. При розрахунку за трепм варiантом ураховувалася фактична мшливють мiцнiсних i геометричних параметрiв елемента.
Данi аналiзу надiйностi мщност похилих перерiзiв залiзобетонних елементiв, що згинаються, показали, що елементи ютотно нерiвнонадiйнi. При цьому залiзобетоннi елементи за надшшстю мiцностi похилих перерiзiв диференцiюються на: елементи, якi мають запас мiцностi; елементи, надiйнiсть яких достатня; елементи, яю мають недостатню надiйнiсть. За достатнiй рiвень надшност прийнято забезпеченiсть розрахункових значень мщносп матерiалiв (у = 3, забезпечешсть Р = 0,99 865).
Проведено ранжування параметрiв залiзобетонних елементiв, що згинаються, за критерiем внеску в дисперсда мiцностi похилих перерiзiв: визначальними параметрами в забезпеченш мiцностi похилих перерiзiв залiзобетонного елемента, що згинаеться, е фiзико-мехашчm характеристики бетону i арматури (рис. 3). При врахуванш фактично! мiнливостi параметрiв внесок решти параметрiв — 5, к, а, Ь, Л5№ (позначення вщповщно СНиП 2.03.01-84 ) в дисперсiю мщносп похилих перерiзiв складае вiд 10 до 32 %. Отже, для забезпечення надшност мщносп похилих перерiзiв елементiв, що згинаються, необхiдний контроль як якосп матерiалiв, так i вiдповiдностi геометричних параметрiв залiзобетонних елеменпв iз проектними.
1з використанням запропонованого логiко-ймовiрнiсного пiдходу виконано прогнозування надшносп мiцностi похилих перерiзiв залiзобетонних балок з урахуванням граничних рiвнiв якосп дiяльностi учасникiв процесу !х створення i експлуатаци, а також визначено показники надшносп експлуатацiйних властивостей конструкцш для рiзних категорiй !х техшчного стану.
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
100% 90% -80% -70% -60% 50% 40% -30% -20% -10% 0%
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
0 0,25 0,39 0,57 1,01 1,57 2,26 3,08
0 0,25 0,39 0,57 1,01 1,57 2,26 3,08
0 0,25 0,39 0,57 1,01 1,57 2,26 3,08
2
А.см
А, „ см
А. „ см
б
а
в
А:„, см2 А,„, см2 А^, см2
где
Asw, см2 Asw, см2 Asw, см2
^ж з и
Рис. 3. Ранжування параметргв залгзобетонних елементгв, що згинаються, за критер1ем
внеску в диспераю мщност! похилих перер1з1в: крок поперечноï арматури а, г, ж - 5 см; б, д, з - 10 см; в, е, и - 15 см; при розрахунку за вар1антами: а, б, в - першим; г, д, е - другим; ж, з, и -трет1м
Висновки. Проведет дослщження дозволяють зробити таю висновки:
1. Запропоновано логiко-ймовiрнiсний шдхщ до прогнозування надшносп залiзобетонних конструкцш, що дозволяе врахувати вплив мшливих параметрiв i суб'ективного фактора, зумовленого дiяльнiстю людини на вшх стадiях життевого циклу конструкцш.
2. На основi статистики вщмов виконано анатз впливу суб'ективного фактора на надшшсть залiзобетонних конструкцiй на вшх стадiях ïx життевого циклу. Встановлено, що саме низька яюсть учасниюв процесу створення i процесу експлуатаци конструкцш е загальною причиною появи оргашзацшних i теxнологiчниx помилок, а саме помилок на стади iнженерниx дослiджень, на стадiï проектування i на стади зведення конструкцш; помилок контролю; помилок у процес експлуатаци конструкцш.
3. Запропоновано загальш положення, принцип розрахунку i методологда розв'язання задач урахування впливу суб'ективного фактора на надшшсть залiзобетонниx конструкцш на основi логiко-ймовiрнiсного пiдxоду до прогнозування ïx надшност^ а також розроблено iнженерну методику врахування категорш якостi дiяльностi учасникiв життевого циклу конструкцш при прогнозуванш надiйностi ïx функцюнування.
4. На основi експертних оцшок запропоновано основнi показники якосп дiяльностi учасникiв процесу створення конструкцш (наявшсть в органiзацiï вiдповiдноï лщензп; квалiфiкацiя персоналу органiзацiï; наявнiсть в оргашзаци функцiонуючоï на належному рiвнi системи менеджменту якостi вiдповiдно до регламенту шмейства стандартiв ISO 9000; термш функцiонування органiзацiï; стан матерiально-теxнiчноï бази органiзацiï), а також процесу ïx експлуатаци (дотримання правил теxнiчноï експлуатацiï конструкцiй; наявнiсть пошкоджень вщ силових i агресивних впливiв; наявшсть пошкоджень вщ меxанiчниx впливiв; розвиток дефектов, що виникли при виготовленш i монтажу конструкцiй).
5. Запропоновано модет, що вiдображають залежнiсть рiвня якостi дiяльностi учасникiв процесу створення та процесу експлуатаци залiзобетонниx конструкцш вщ визначеноï множини факторiв - показниюв якостi. Результати моделювання за встановленими залежностями збiгаються з експериментальними даними в 95 % випадюв.
6. Проведено апробацда запропонованого логiко-ймовiрнiсного пiдxоду на прикладi оцiнки надшносп мщносп похилих перерiзiв залiзобетонниx елеменпв, що згинаються.
7. Проведено ранжування параметрiв залiзобетонниx елементiв, що згинаються, за критерiем внеску в дисперсда мiцностi похилих перерiзiв. Результати ранжування свщчать, що визначальними параметрами в забезпеченш мщносп похилих перерiзiв залiзобетонниx елементiв, що згинаються, е фiзико-меxанiчнi характеристики бетону й арматури. При врахуванш фактичноï мiнливостi параметрiв внесок решти параметрiв - s, h, a, b, Asw
(позначення вiдповiдно СНиП 2.03.01-84*) в дисперсiю мiцностi похилих nepepi3iB складае вiд 10 до 32 %. Таким чином, для забезпечення надшност мщност похилих nepepi3iB елементiв, що згинаються, необхвдний контроль як якост матерiалiв, так i вiдповiдностi геометричних параметрiв залiзобетонних елеменлв i3 проектними.
8. 1з використанням запропонованого логiко-ймовiрнiсного пiдходу виконано прогнозування надiйностi мiцностi похилих перерiзiв залiзобетонних балок, що згинаються, з урахуванням граничних рiвнiв якостi дiяльностi учасниюв процесу створення i експлуатацiï конструкцш.
9. Визначено показники надiйностi експлуатацшних властивостей залiзобетонних конструкцiй для рiзних категорiй ïx технiчного стану з використанням запропонованого лопко-ймовiрнiсного шдходу.
10. Результати дослiджень можуть бути використаш при виконаннi монiторингу для прогнозування надшност будiвельниx конструкцiй, ощнщ залишкового ресурсу конструкцiй для прийняття рiшення про ïx пiдсилення чи ремонт.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Хоциалов Н. Ф. Запасы прочности // Строительная промышленность. - 1929. - № 10. -С. 10 - 15.
2. Maier M. Die Sicherkeit der Bauwerke und ihre Berechnung nach Grenzkraften anstatt nach zulassigen Spannungen / Maier M. - Berlin: Springer - Verlag, 1926. - 150 р.
3. Стрелецкий Н. С. Основы статистического учета коэффициента запаса прочности конструкций / Н. С. Стрелецкий.- М. : Стройиздат, 1947. - 94 с.
4. Ржаницын А. Р. Теория расчета строительных конструкций на надежность / А. Р. Ржаницын. - М. : Стройиздат, 1978. - 239 с.
5. Болотин В. В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений / В. В. Болотин. - М. : Стройиздат, 1982. - 351 с.
6. NF EN 1992-1-1. Eurocode 2: Calcul des structures en béton. Partie 1-1: règles générales et règles pour les bâtiment. - AFNOR, 1992. - 203 p.
7. Краковский М. Б. Учет условий надежности при расчете железобетонных конструкций // Бетон и железобетон. - 1983. - № 4. - С. 22 - 23.
8. Кудзис А. П. Оценка надежности железобетонных конструкций / А. П. Кудзис. -Вильнюс : Мокслас, 1985. - 280 с.
9. Складнев Н. Н. Особенности применения вероятностных методов для расчета и оптимизации железобетонных конструкций // Железобетонные конструкции промышленного и гражданского строительства. - 1981. - С. 44 - 59.
10. Судаков В. В. Контроль качества и надежность железобетонных конструкций / В. В. Судаков. - Л. : Стройиздат, 1980. - 168 с.
11. Савицкий Н. В. Основы расчета надежности железобетонных конструкций в агрессивных средах: дис... докт. техн. наук: 05. 23. 01, 05. 23. 05 / Савицкий Николай Васильевич. - Д. : ПГАСА, 1994. - 400 с.
12. Аугусти Г. Вероятностные методы в строительном проектировании / Г. Аугусти,
A. Баратта, Ф. Кашиати; пер. с англ. Ю. Д. Сухова. - М. : Стройиздат, 1988. - 584 с.
13. Уткин В. С. Определение надежности строительных конструкций: учеб. пособ. /
B. С. Уткин, Л. В. Уткин. - Вологда : ВоПИ, 1998. -163 с.
14. Савицкий Н. В. Диагностика строительных объектов с применением методов нечеткой логики / Н. В. Савицкий, Т. Ю. Шевченко, А. А. Тытюк // Современные методы и приборы контроля качества и диагностики состояния объектов: Международ. науч.-техн. конф. 19 - 20 окт. 2006 г. : тез. докл.. - 2006. - С. 286 - 288.
