Методика оценки качества возведенных монолитных конструкций по изменению индекса надежности и срока безопасной эксплуатации

В инженерной практике наиболее часто используется модель расчета надежности строительных конструкций по несущей способности конструкции, нагрузке, воспринимаемой конструкцией, и их стандартным отклонениям. Среди многочисленных параметров, определяющих несущую способность по прочности монолитных бетонных и железобетонных конструкций, можно выделить группу параметров, которые одновременно контролируются при возведении монолитных зданий по СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции» и входят в состав расчетных формул СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции». В число этих параметров входят: прочность бетона R_b; размер поперечного сечения b и h; площадь сечения арматуры A_s; прочность рабочей арматуры R_s; величина защитного слоя а. Перечисленные параметры, согласно результатам исследования качества возводимых монолитных конструкций, имеют нормальное распределение случайных значений.

Для оценки качества возведенной конструкции по надежности мною назначен коэффициент изменения индекса надежности K_z;

где 2ф - фактическое значение индекса надежности конструкции; Znp - проектное значение индекса надежности конструкции.

Индекс надежности конструкции по методу «двух моментов» [1] равен

S^ + SF где R - среднее значение несущей способности по прочности конструкции, для определения которой пользуются средними значениями сопротивления материалов; F - нагрузка на конструкцию, в качестве которой можно рассматривать несущую способность конструкции, при расчетных значениях сопротивления материалов; SR - стандартное отклонение прочности конструкции; SF - стандартное отклонение нагрузки на конструкцию.

В предлагаемой методике нагрузка детерминируется, так как в гражданских зданиях она имеет небольшую вариацию, и значение нагрузки принимается с учетом коэффициентов надежности. Исходя из этого, допустим S_F= 0.

Следовательно, индекс надежности будет равен

Для определения проектного индекса надежности используют проектные значения параметров и их проектные стандартные отклонения. Для определения фактического индекса надежности используют фактические значения параметров и их стандартные отклонения.

Для определения среднего значения несущей способности по прочности монолитной конструкции R будем принимать средние значения параметров, определяющих прочность конструкции.

Стандартное отклонение несущей способности по прочности конструкции зависит от стандартных отклонений параметров:

S^Jt^S,)² ,                  (4)

V /=1

где п - количество параметров; kt - коэффициент влияния z-ro параметра на прочность монолитной конструкции:

, 6R к = —, Sxt

где Xi - z-й параметр, определяющий прочность конструкции.

Учитывая, что при небольших изменениях параметров, зависимости между ними и несущей способности по прочности конструкции можно считать линейными, коэффициент влияния будет равен

^Xi xf -(х, -Si) Si где R - средняя несущая способность по прочности монолитной конструкции, определяемая средними значениями параметром монолитной конструкции; R; - несущей способности по прочности монолитной конструкции, определяемая с z-м параметром, уменьшенным на его стандартное отклонение (х; -Sj); Xj - средние значение z-ro параметра; Si - стандартное отклонение z-ro параметра.

Подставляя выражение (6) в выражение (4), получаем стандартное отклонение несущей способности по прочности конструкции равно lAR-Rif • (7) /=1

Для определения несущей способности по прочности конструкции используются формулы из расчета по первому предельному состоянию в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84*.

Алгоритм оценки возведенной монолитной конструкции по коэффициенту изменения индекса надежности

• 1.    Определяется нагрузка на конструкцию F. Нагрузка принимается равной несущей способности по прочности конструкции, рассчитанной с нормативными значениями прочности материалов.

• 2.    Определяется проектное значение несущей способности по прочности конструкции А_пр. Проектное значение несущей способности по прочности конструкции равна несущей способности по прочности конструкции, рассчитанной со средними значениями сопротивления материалов и с проектными значениями геометрических параметров.

• 3.    Определятся стандартное проектное откло

• 4.    Определяется проектное значение индекса надежности по формуле (3).

• 5.    Определяется фактическое значение несущей способности ПО прочности конструкции Аф. Фактическая прочность несущей способности по конструкции равна несущей способности по прочности конструкции, рассчитанной с фактическими средними значениями параметров, определяющими несущей способности по прочности конструкции.

• 6.    Определятся стандартное фактическое отклонение несущей способности по прочности конструкции по формуле (7).

• 7.    Определяется фактическое значение индекса надежности по формуле (3).

• 8.    Определяется коэффициент изменения индекса надежности по формуле (1).

нение несущей способности по прочности конструкции по формуле (7).

В предложенной методике оценки надежности, основанной на методе «двух моментов», автором разработана формула (7) для определения стандартного отклонения несущей способности по прочности конструкции. Для проверки предложенной методики был использован метод Монте-Карло [2], основанный на генерации случайных, нормально распределенных чисел, которые определяют значения параметров в соответствии с их стандартным отклонением. На их основе вычислялись случайные значения прочности конструкции. Далее по полученным значениям находилось среднее значение прочности монолитной конструкции и его стандартное отклонение. Для выполнения численных экспериментов авторами была разработана программа на языке «BASIC».

По результатам статистических данных контроля качества возведения монолитных конструкций [3] проведена оценка надежности по изменению индекса надежности. Расчет проводился по изложенной выше методике и методике статистических испытаний (число испытаний 10 000). Результаты расчетов представлены в таблице.

Результаты расчетов по указанным методикам показывают высокую степень корреляции, поэтому можно сделать вывод о том, что методика, изложенная в статье, может быть применима для оценки надежности возведенных монолитных конструкций.

Оценка срока безопасной эксплуатации возведенных монолитных конструкций

Срок эксплуатации конструкции зависит от достигнутого уровня мгновенной безотказности возведенной конструкции, интенсивности износа конструкции и предельно допустимого уровня надежности конструкции.

В разрабатываемой методике под сроком безопасной эксплуатации конструкции подразумевается период времени между моментом возведения конструкции и моментом необходимости проведения капитального ремонта конструкции, то есть первый «жизненный цикл» конструкции.

Результаты оценки возведенных монолитных конструкций по изменению индекса надежности и сроку безопасной эксплуатации конструкций

Конструкция	№	F	^пр	^пр	2пр	^Ф	5ф	2ф	Kz	7Ф
Перекрытие	1	69,48	114,6 114,5	8,75 8,62	5,159 5,223	121,0 121,0	9,64 9,51	5,350 5,426	1,037 1,039	56
	2	60,40	99,34 99,26	7,76 7,66	5,018 5,081	104,8 104,9	9,13 9,04	4,872 4,927	0,971 0,970	45
	3	52,02	85,33 85,30	6,57 6,49	5,071 5,132	86,16 86,21	7,00 6,92	4,878 4,940	0,962 0,963	44
	4	69,48	114,6 114,5	8,75 8,62	5,159 5,223	116,8 116,9	9,25 9,15	5,118 5,182	0,992 0,992	49
	5	14,35	23,50 23,52	2,26 2,22	4,050 4,137	24,29 24,30	2,49 2,47	3,993 4,020	0,986 0,972	48
	6	24,59	40,71 40,71	3,43 3,36	4,704 4,803	40,98 40,99	3,46 3,40	4,732 4,831	1,006 1,006	51
	9	69,48	114,6 114,5	8,75 8,62	5,159 5,223	116,2 116,1	8,76 8,60	5,326 5,418	1,032 1,037	55
Колонна	1	3,540	7,673 7,684	0,947 0,937	4,361 4,423	8,881 8,895	1,220 1,203	4,377 4,452	1,004 1,007	51
	2	3,254	7,131 7,120	0,870 0,859	4,455 4,500	7,320 7,317	0,742 0,726	5,480 5,593	1,230 1,243	88
	4	3,326	7,321 7,321	0,945 0,939	4,230 4,279	7,780 7,798	0,820 0,829	5,427 5,390	1,283 1,254	97
	7	4,780	10,19 10,17	1,135 1,124	4,764 4,794	10,41 10,43	1,061 1,051	5,307 5,374	1,114 1,121	69
Диафрагма	2	2,314	4,983 4,976	0,650 0,653	4,108 4,076	5,743 5,744	0,726 0,740	4,721 4,637	1,149 1,138	75
Стена	5	1,21	2,517 2,502	0,451 0,446	2,896 2,896	2,713 2,732	0,418 0,440	3,591 3,456	1,240 1,193	90
	6	1,21	2,517 2,502	0,451 0,446	2,896 2,896	2,930 2,835	0,608 0,525	2,825 3,095	0,975 1,069	46